Перед войной вышла замуж за фотожурналиста Бориса Казюка, у них был один сын. После начала войны Борис Казюк ушёл на фронт и вскоре погиб, после чего Наталья оставила маленького сына Сашу на попечение родителей и ушла на фронт фотокорреспондентом. На фронте она познакомилась со своим вторым мужем — поэтом Евгением Долматовским, с которым прожила 15 лет. От этого брака родилась дочь Наталья.

В 1941 году поступила добровольцем на работу во фронтовую газету Юго-Западного фронта «Красная Армия» и прошла с ней до конца войны. Снимала на Юго-Западном, Центральном, 1-м Белорусском фронтах. Постоянно печаталась в центральных газетах «Правда», «Красная Звезда», журнале «Огонёк» и зарубежной печати (через Совинформбюро). Войну закончила в звании старшего лейтенанта.

После войны в 1945 году в «Детиздате» вышла книга фотографий «Дорогами войны», получившая премию. Участвовала во многих всесоюзных и международных фотовыставках. С 1945 года жила в Москве. Работала московским корреспондентом украинской газеты «Радянська Культура».