В Великой Отечественной войне участвовал с 24 июня 1941 года в составе 606-го легкобомбардировочного авиаполка и 210-го штурмового авиаполка. Воевал на Западном, Южном, Закавказском, Северо-Кавказском фронтах и Отдельной Приморской Армии. Дважды был ранен при выполнении боевых заданий, был сбит над территорией противника и выходил из окружения с боями вместе с наземными частями.
Эскадрилья капитана Панина особенно отличилась своей боевой работой осенью 1942 года. Перебазировавшись на передовой аэродром, эскадрилья делала по 2-3 вылета в день на разгром наступавших на Владикавказ войск противника. За отличное выполнение боевых заданий по уничтожению танковой группировки врага, Панин получил благодарность от Военного Совета 9 Армии.
26.05.43 г. Панин трижды вылетал со своим подразделением, делая по 2-3 захода на цель. В первом вылете водил колонну в количестве 54 самолетов Ил-2 на пункт Плавненский, в районе станицы Киевская. В результате точного удара, враг был деморализован, наши войска заняли этот пункт. От наземных частей была получена телеграмма: «Ваши штурмовики работали отлично. Враг побежал, наша пехота пошла вперед».
Продолжая воевать в должности штурмана полка, Панин много работал над повышением эффективности бомбометания, умело передавал свой богатый боевой опыт молодым летчикам. Воспитал в полку отличные кадры ведущих групп, которые успешно выполняли любые задачи. За отличную боевую работу был награжден 3 орденами и в феврале 1944 года представлен командованием полка и авиадивизии к званию Герой Советского Союза. К этому времени майор Панин совершил более 113 боевых вылетов на штурмовку живой силы и техники противника, из них на самолете Р-Зет 27 вылетов ночью и на самолете Ил-2 86 вылетов ведущим групп и колонн. Бомбардировочными и штурмовыми ударами лично уничтожил: 8 танков, 22 автомашины с войсками и грузами, подавил огонь 32 артбатарей, взорвал 3 склада с боеприпасами, потопил 1 баржу и 2 катера, убил и ранил свыше 300 солдат и офицеров противника.
11.04.44 г. майор Панин погиб при выполнении боевого задания. Значатся в списке захороненных в братской могиле пгт. Ленино, Республика Крым.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 01.07.44 г. майору И.И.Панину посмертно присвоено звание Герой Советского Союза (Орден Ленина и медаль «Золотая звезда»).
Награжден орденами Ленина, Красного Знамени, Отечественной войны I степени, Красной Звезды.
Имя И.И.Панина высечено на стеле в городе Тула и носит одна из улиц в поселке Чернь Тульской области.