С июля 1942 года он участвовал в боях Великой Отечественной войны. За время службы прошёл через несколько фронтов, включая Сталинградский, Северо-Кавказский, Ленинградский и Прибалтийские. Участвовал в освобождении Сталинграда, Ростова-на-Дону, Новороссийска, Мелитополя, Мариуполя и Севастополя.

За годы войны Головков совершил 119 боевых вылетов. Он наносил удары по живой силе противника, технике, укреплениям и железнодорожным узлам. На его счету также три уничтоженных вражеских самолёта.

Звание Героя Советского Союза ему присвоили в апреле 1944 года за выполнение боевых задач, проявленное мужество и героизм. Вместе с этим он был награждён орденом Ленина и медалью «Золотая Звезда», а также рядом других государственных наград.