Особенно плодотворным был для Ивана Антоновича 1940 г. Он описывает пресмыкающихся-котилозавров из Белебея в Башкирии, пресмыкающихся с низовьев р. Мезени, местонахождения которых в основном раскапывал и изучал Н. И. Новожилов, дает предварительное описание хищных дейноцефалов из Ишеева. Детально изучает черепа растительноядных улемозавров-мосхопсов, из Ишеева, впервые описанных А. И. Рябининым в 1937 г. Выдающимся достижением ученого явилось опубликование (в русском и зарубежном изданиях) обобщающей статьи об основах тафономии. Предварительное сообщение о тафономии И. А. Ефремов сделал в начале 1940 г. на совещании, посвященном 80-летию со дня выхода в свет книги Чарльза Дарвина «Происхождения видов». И. А. Ефремов отметил, что Чарльз Дарвин одним из первых обратил внимание на отсутствие переходных форм и подчеркнул неполноту геологической летописи. В этот же год И. А. Ефремов публикует диагнозы новых позвоночных из Приуралья, заканчивает совместно с А. П. Быстровым фундаментальную работу о лабиринтодонтах из нижнего триаса р. Шарженги. (После окончания войны авторы этой работы были удостоены дипломов Линнеевского общества в Лондоне.) Одновременно И. А. Ефремов активно участвует в издании «Палеонтологического обозрения» («Приложения к Трудам Палеонтологического института АН СССР»), где публикует полные обзоры важнейшей мировой литературы по древнейшим позвоночным.
В марте 1941 г. Иван Антонович защищает докторскую диссертацию на тему «Фауна наземных позвоночных средних зон перми СССР». Основное внимание в ней уделено новой для севера Европейской части СССР мезенской фауне пресмыкающихся и описанию растительноядного дейноцефала-улемозавра из Ишеева.
Начало Великой Отечественной войны застало Ефремова в Москве. Он просился на фронт, но его ввели в штаб по эвакуации научных ценностей Палеонтологического института. В те дни ученый с группой сотрудников жил в музее. Один из них, Р. Ф. Геккер, писал: «Через вестибюль и большую залу с наступлением темноты приходится пробираться ощупью, ориентируясь на светящуюся щель в двери. Здесь логово: между каркасами скелетов и полупустыми витринами на постаментах, тюках стружек и т. п. — постели сотрудников. В окнах несколько стекол посыпалось от фугаски большого калибра, в одну из последних ночей упавшей в детском парке, вблизи от проезда с улицы (бывшей Б. Калужской, ныне — Ленинского проспекта. — П. Ч.) к зданию Президиума АН СССР». Одна из трех сотрудников института, оставленных для охраны коллекций, молодой палеонтолог Н. В. Кабакович в свободное время шила для фронта рукавицы. Не зная размеров, она обратилась за помощью к И. А. Ефремову. Он взял лист бумаги, положил на него огромную ладонь, обвел контур и сказал: «М-м-алы не будут». Много лет спустя Н. В. Кабакович обнаружила этот листок-шаблон при разборке бумаг.
В середине октября было получено снаряжение для Уральской экспедиции и ученый вместе с сотрудниками на специальном самолете вылетел в Свердловск. В конце ноября И. А. Ефремов выехал в пос. Горный на экспедиционную базу. Их провожал академик А. Е. Ферсман, который осуществлял общее руководство экспедицией. Иван Антонович был научным консультантом экспедиции. До Горного ученый добирался на полуторке полтора месяца.
1942 г. принес новые испытания. И. А. Ефремов заболел. В те дни Р. Ф. Геккер писал директору Палеонтологического института академику А. А. Борисяку, который в то время находился в эвакуации в Боровом, Казахской ССР: «Свердловск, 30/III-1942. Очень хорошо, что Вы заговорили о вагоне (речь шла о переезде сотрудников в Алма-Ату. — П. Ч.). Иначе ехать нельзя: Иван Антонович лежит; будем надеяться, что все обойдется благополучно. Сыпной тиф, им самим определенный, врач сегодня отрицает. Диагноза не ставит. Налицо высокая до 39,8-40° не спадающая почти температура в течение нескольких дней. Лежит пластом в каморке».
Некоторое время ученый провел в Алма-Ате; у него повторился приступ тяжелой формы лихорадки, подхваченной в экспедициях по Средней Азии. Во время болезни он начал писать свои первые рассказы. В начале 1943 г. ученый переехал во Фрунзе, где находился костяк Палеонтологического института и действовала библиотека Биологического отделения АН СССР. Палеонтологический институт размещался в здании Киргизского пединститута. Там, в тамбуре между дверями гимнастического зала, И. А. Ефремов закончил рукопись «Тафономии». Во Фрунзе на заседании научного семинара он сделал доклад 6 методике тафономических исследований.
Поздней осенью 1943 г. И. А. Ефремов вместе с институтом возвратился в Москву. Начались хлопоты с музеем. Ученый руководил подготовкой экспозиции, приуроченной к 220-летнему юбилею Академии наук СССР, состоявшемуся летом 1945 г. Участник юбилейной сессии, один из крупнейших палеонтологов мира, почетный член Академии наук СССР английский профессор Д. М. С. Уотсон так отозвался об этой работе коллектива музея: «Тридцать четыре года назад, — писал он, — я прочитал описание дейтерозавра и ропалодона у профессора Сили [сноска]. В тот год я впервые посетил Южную Африку и начал понимать дейноцефалов. Ныне я впервые имел великую привилегию воочию увидеть не только старые образцы, но также и новые великолепные материалы по титанофонеусу и улемозавру. Они — настоящие откровения, самые прекрасные и самые важные и новые остатки рептилий в мире. В самом деле, новейшие открытия этого института начинают новую эру исследований по древнейшим четвероногим, и мы можем ждать от СССР быстрого развития наших познаний в этой области. Я уверенно жду этого, так как ни в одном из музеев мира я не встречал подобной группы людей, так хорошо подготовленных, чтобы двигать вперед наши познания, и нигде не встречал такого внимания и не научился столь многому за такое короткое время» [129, с.42]. Столь высокая оценка отечественных палеонтологов и собранной ими коллекции мировой научной ценности во многом имела отношение к деятельности И. А. Ефремова; он уже тогда собрал воедино остатки позвоночных из старых медных рудников, раскопал и описал новых наземных позвоночных из Поволжья и Южного Приуралья. Спустя два года Уотсон еще раз выразил восхищение великолепными советскими коллекциями по древнейшим позвоночным. В английской газете «Британский союзник», издававшейся в СССР на русском языке, он поместил статью, проиллюстрировал ее рисунками А. П. Быстрова, которые изображали хищных дейноцефалов, описанных Ефремовым по находкам в Ишееве. Прослеживая историю выдающихся палеонтологических открытий, Уотсон рассматривает в числе их известные и вновь открытые формы древнейших фаун Европейской России, заполняющих эволюционный пробел между пермскими фаунами Северной Америки и Южной Африки. По мнению Уотсона, в достижениях русской палеонтологии есть немалая заслуга советских ученых, и в частности И. А. Ефремова.
В первый послевоенный год в Палеонтологическом институте вплотную встал вопрос об организации экспедиции в Монгольскую Народную Республику. Впервые мысль о проведении крупных азиатских экспедиций возникала в 1932 г. после исследования динозавровых местонахождений Средней Азии. В следующем году уже планировалось направить в район Урумчи Джунгарскую экспедицию для сбора материалов и детального изучения «динозаврового горизонта». На 1934 г. намечалась экспедиция в МНР по местам работ сотрудников Американского музея естественной истории. К идее азиатских экспедиций И. А. Ефремов вместе с академиком А. А. Борисяком и профессором Ю. А. Орловым возвращались в 1940 и начале 1941 г. Но война спутала все карты.
В 1944 г. И. А. Ефремов подытожил имеющиеся к тому времени данные об остатках динозавров в Средней Азии. Он всесторонне проанализировал динозавровые местонахождения Казахстана и Киргизии по результатам своей экспедиции 1929 г. и высказал предположение о вторичном залегании остатков в ряде мест за счет перемыва более древних мезозойских осадочных толщ. При этом он оценил результаты Центральноазиатской экспедиции Американского музея естественной истории, состоявшейся в начале 20-х годов XX в., и собрал сведения советских специалистов о недавних находках костей в разных пунктах МНР. Таким образом, к моменту организации экспедиции Ефремов пришел к выводу, что гобийская часть МНР откроет более полную картину исторического развития динозавровых фаун Центральной Азии и соответственно более перспективна для проведения исследований, Тем самым обзорная статья Ефремова о среднеазиатских динозавровых местонахождениях послужила своего рода трамплином не только для исследования динозавровых фаун Монголии, но и вообще фаун наземных позвоночных мезозоя-кайнозоя, поскольку отложения этого возраста в наибольшей последовательности и полноте представлены именно в этом районе Центральной Азии.