При приближении гитлеровцев к Москве полковник Старинов (генералом он так никогда и не стал) руководил установкой минно-взрывных заграждений под Тулой, Солнечногорском, Серпуховым, на Дмитровском шоссе, а 28 ноября получил назначение на должность помощника начальника штаба инженерных войск Красной Армии.

Еще в середине ноября Старинов через Военный совет Юго-Западного фронта направил письмо И.В. Сталину о необходимости массового производства специальных противотранспортных мин, об организации диверсионной деятельности в тылу противника. В конце ноября его вызвали в Ставку. Но принял его не Сталин, а известный своим самодурством и жестокостью Л.З. Мехлис, доказать которому ничего не удалось. Более того, Мехлис пообещал расстрелять Старинова, если тот не прекратит беспокоить Верховного Главнокомандующего «ерундой». Вместо плановой диверсионной работы в тылу врага Ставка приняла решение дать партизанам задание жечь леса и деревни (зимой!), т.е. лишить самих себя убежища, а попавших в оккупацию русских людей — крова над головой.

Расстреляют или не расстреляют, но делать нечего: полковник рискнул обратиться к Сталину с очередным письмом. На этот раз оно возымело действие: в Госплане прошло специальное совещание, на котором Старинов доказывал свою правоту, и уже к весне новые мины начали в массовом порядке поступать в войска и в партизанские отряды.

16 декабря Старинова вместе с испанцами направили в Ростов-на-Дону: там срочно требовалось устраивать минные заграждения. Здесь он применил оригинальную идею массовой установки мин открытым способом. Мины устанавливались прямо на земле без всякой маскировки — но вперемешку с массой ложных мин. Такое минирование требует меньше времени, сил и средств. Эти мины хорошо видны противнику, но главная цель достигается — противник вынужден обходить препятствие. И снова, едва оглядевшись, Старинов начинает планировать заброску диверсионных групп в тыл противника по льду Таганрогского залива. За январь-февраль 1942 года диверсионные группы 110 раз выходили в немецкие тылы. Ими было установлено 744 мины. Были уничтожены из стрелкового оружия и подорвались на минах свыше 100 солдат противника, выведено из строя 56 автомашин и 2 танка, подорвано два моста.

Однажды в конце февраля диверсионная группа морской пехоты захватила и доставила в штаб батальона большое количество документов. Среди них оказалась толстая тетрадь немецкого военного инженера, испещренная графиками и формулами. Ее передали Старинову. Сам он немецкого языка не знал и дал прочитать ее одному из офицеров: «Какой-то бред про атомную энергию!» — доложил тот. По приезде в Москву Старинов передал эту тетрадь в Государственный Комитет Обороны. Так впервые советское политическое руководство узнало о работах немцев по созданию ядерного оружия. Эта тетрадь побудила академика А.Ф. Иоффе обратиться к Сталину с предложением срочно создать научный центр по проблеме атомного оружия.
Весной 1942 года Старинов впервые поставил перед вышестоящим начальством вопрос о создании специальных бригад для действий на коммуникациях противника, встретился с командующим воздушно-десантными войсками Глазуновым. После встречи в части ВДВ были направлены опытные инструкторы для обучения десантников основам диверсионной тактики и минно-подрывного дела. Но Илья Григорьевич считал, что этого недостаточно — необходимо создавать именно войска специального назначения, которые действовали бы в тылу вражеских войск.

Создание войск специального назначения было не за горами. Уже 23 июля Совинформбюро сообщило, что часть, командиром которой является полковник Старинов, пустила под откос 10 эшелонов противника. Старинов ведет переписку с командованием других фронтов. Подготовка диверсионных групп началась на Карельском, Западном и Южном фронтах. Вот-вот должны были быть подписаны документы о создании инженерных частей специального назначения.

Но Старинова неожиданно вызывают в Москву и направляют на работу в Центральный штаб партизанских войск. 17 августа 1942 года приказом Наркома Обороны были созданы Отдельные гвардейские батальоны минеров и Отдельная гвардейская бригада минеров при Ставке «для минирования и разрушения коммуникаций в тылу противника». На Калининском фронте сформировали 10-й Отдельный гвардейский батальон минеров. Из состава новой бригады людей в него попало мало, но во вражеском тылу продолжали эффективно действовать 160-й и 166-й батальоны бригады. Особая активность батальонами была проявлена с апреля по август 1943 года. После парашютной подготовки в тыл противника летом 1943 года стали забрасываться целые роты минеров.

В Центральном Штабе партизанского движения Старинов возглавил школу по подготовке минеров и технический отдел по производству специальных мин. Началась привычная работа по подготовке кадров и заброске их в партизанские отряды.
В январе 1943 года Старинов выехал на Северный Кавказ для планирования операций в тылу противника. В район между Ростовом, Сальском, Тихорецкой и Краснодаром с интервалом в несколько дней было десантировано на парашютах 16 диверсионных групп. Позже стали разрабатываться операции по выводу групп в тыл противника на торпедных катерах в районы Новороссийска и Крымского полуострова.
7 марта 1943 года Центральный штаб партизанского движения был расформирован. Расформировали и школу, которую возглавлял Старинов. Его переводят в Украинский штаб партизанского движения. Весной 1943 года в руководстве партизанскими силами возникла идея «рельсовой войны». Предполагалось взрывать рельсы где только можно, просто взрывать рельсы. Идею поддержал Сталин. Старинов доказывал, что это очередная глупость, которая отвлечет огромные силы, средства, но ожидаемого эффекта не даст, а кроме того, затруднит восстановление железнодорожного сообщения после отхода немцев с оккупированных территорий. Как и прежде, он настаивал на подрыве эшелонов с живой силой и техникой.
Приближалась битва на Курской дуге, и Старинова направили на Воронежский фронт. Задачи все те же — срыв перевозок противника по железным и шоссейным дорогам. Как писал в своей книге Илья Григорьевич, в период подготовки к битве под Курском вышестоящее командование наконец осознало, что мины — не только оборонительное, но и наступательное оружие. Конечно, одним из «виновников» этого осознания был Старинов, чей успешный опыт абсолютно на всех фронтах говорил сам за себя. Остается только удивляться, что ему удавалось последовательно убедить один уровень руководства за другим отказаться от «рельсовой войны» и вести «войну на рельсах». В результате был принят именно его план о массированном ударе по коммуникациям противника.
Для координации усилий партизанских отрядов Старинов вылетел в тыл противника. В партизанских отрядах Ковпака, Федорова, Сабурова, Вершигоры и др. он проводил обучение минеров. Впервые планировалось масштабное применение МЗД на железных дорогах.
5 июля 1943 года началась Курская битва. Старинов писал, что если бы партизанские отряды были своевременно обеспечены специалистами, необходимым количеством мин и взрывчатки, снабжение противника по железным дорогам можно было бы парализовать полностью. Более того, он считал, что этого можно было добиться на всех фронтах уже в 1942 году.
Дальнейшие события показали, что расчеты Старинова были правильными. Так, только отряд Федорова с 7 июля по 10 августа используя МЗД, пустил под откос 123 эшелона противника (!), в то время как за предыдущие 16 месяцев — только 65. Для уничтожения такого же количества эшелонов, скажем, с воздуха, понадобились бы сотни самолетовылетов, сотни тонн авиационной взрывчатки, неизбежные потери десятков самолетов. Противник спешно бросал на охрану коммуникаций новые и новые части, но мины продолжали взрываться. В результате действий диверсантов снабжение войск по многим железным дорогам было полностью (полностью!) парализовано. Всего же во второй половине 1943 года партизанами было пущено под откос 3143 эшелона! По результативности диверсии партизан оказались в 100 раз эффективнее, чем авиация! Но даже после столь внушительных результатов положение Старинова не улучшилось и ему все так же приходилось убеждать вышестоящее командование в необходимости масштабного проведения диверсионных акций. И это кажется невероятнее всего!
В дальнейшем Старинов участвовал в повышении боеспособности партизанских отрядов на территории Польши, Югославии (в сентябре-ноябре 1944 года был начальником военной миссии СССР при И.Броз Тито), Румынии. С конца 1944 года до окончания войны занимался разминированием объектов на территории Германии.
За годы войны Старинов прошел практически по всем фронтам, создал десятки школ по подготовке диверсантов, лабораторий по производству мин, подготовил лично свыше 2000 подрывников. Его ученики и подготовленные ими минеры пустили под откос около 12000 эшелонов противника.
После войны Старинов занимался восстановлением железных дорог. В 1956 году вышел в отставку. С 1956 по 1962 год был старшим научным сотрудником отдела истории ИМЛ при ЦК КПСС. С 1966 по 1973 год — на преподавательской работе в учебных заведениях КГБ. С 1984 года — профессор по спецдисциплинам. Написал более 150 научных монографий.
Старинов награжден двумя орденами Ленина, пятью орденами Красного Знамени, многими другими наградами. С медали «За победу над Германией» Старинов стер напильником барельеф Сталина, т.к. до последнего дня жизни считал, что именно Сталин и его окружение уничтожили в ходе репрессий кадровый потенциал армии, были виновны в том, что Советский Союз вступил в войну неподготовленным. Таким образом, можно утверждать, что Старинов сделал решающий вклад в создание в 1950 году войск специального назначения — спецназа ГРУ ГШ. Он разработал в деталях тактику и стратегию их применения, создал десятки образцов специальной техники, в т.ч. ПМС — поездную мину Старинова и АС — автомобильную мину Старинова. Именно Старинов сумел доказать, что «мины — не оборонительное, а сугубо наступательное оружие»: «заложенная в нужном месте мина бьет без промаха» в отличие от слепого снаряда. Умер Илья Григорьевич Старинов в октябре 2000 года, перешагнув столетний рубеж.