В 1941 году, вскоре после окончания средней школы, был призван в армию. В запасном полку он прошёл курсы радистов. В конце 1942 года был зачислен в 48-ю (в дальнейшем 148-я) отдельную роту связи 193-й стрелковой дивизии. Участвовал в Курской битве, форсировал реки - Десну, Сож, Днепр, Западный Буг, освобождал Белоруссию. В марте 1943 года во время боя в селе Кочетовка Курской области Николай Наволочкин вызвал огонь по танкам, ворвавшимся во двор дома, где находилась рация, и подбил один из танков. За проявленный героизм в сражении был награждён орденом Красной Звезды. Со своей дивизией дошёл до Польши. Был ранен. День Победы встретил в Новосибирске.
После войны окончил исторический факультет Хабаровского пединститута.
Первая книга (сборник стихов) вышла в 1953 году. Член союза писателей СССР с 1954.
С 1977 по 1987 годы работал главным редактором литературно-художественного журнала «Дальний Восток».
29 августа 2012 года имя Николая Дмитриевича Наволочкина было присвоено Хабаровской краевой детской библиотеке.