В Красной Армии с ноября 1931г.

К началу войны капитан Головин- начальник связи 130 скоростного бомбардировочного авиаполка 13 смешанной авиадивизии.

Полк базировался на аэродроме Гноево (д.Бобровичи, Гомельская обл., Белоруссия). На вооружении имел самолеты СБ.

22 июня 1941г. самолеты полка бомбардировали склады горючего, железнодорожную станцию, авиазавод  противника в г.Бяла-Подляска (Польша, западнее г.Брест). Взлетев в 10-40 с аэродрома Гноево, в 14-10 приземлились на аэродроме Ново Гудково (восточнее г.Бобруйск) 7 из 27 взлетевших экипажей. В районе цели самолеты были обстреляны огнем зенитной артиллерии, атакованы истребителями противника.

С 01 июля личный состав полка направлен в г.Казань для переучивания на самолет Пе-2. 

К ноябрю 1941г. Иван Иванович назначен начальником связи Управления ВВС 50 армии, участвовавшей в обороне Москвы.

В мае 1942г. на базе Управления ВВС 50 армии была сформирована 213 ночная бомбардировочная авиадивизия. Командиром дивизии был назначен полковник Федульев Семен Иванович.

Иван Иванович назначен начальником связи авиадивизии.

Награжден медалью «За оборону Москвы»

К боевой работе дивизия приступила в начале июля 1942г, действуя на Волховском направлении.

Со второй половины июля- на Ржевском и Калужском направлениях.

В мае 1943г. командиром дивизии был назначен Герой Советского Союза генерал-майор авиации Молоков Василий Сергеевич.

В июле 1943г. дивизия участвовала в Курской битве.

С августа 1943г.- на Спас-Деменском и Ельненском направлениях.

Приказом от 06 октября 1943г. майор Головин был награжден орденом Отечественной войны II степени».

С октября 1943г. дивизия действовала на Оршанско-Витебском направлении. Кроме бомбардировки войск противника, осуществляла доставку боеприпасов и медикаментов в партизанские отряды, эвакуировала раненых и семьи партизан.

Летом 1944г. дивизия участвовала в Оршанско-Витебской, Вильнюсской и Каунасской операциях. 

С 24 июля 1944г. вела разведку и бомбардировал позиций противника в Восточной Пруссии.

Приказом от 26 декабря 1944г. майор Головин был награжден орденом Красной Звезды.

В 1945г. дивизия участвовала в разгроме Восточно-Прусской группировки противника, бомбардировала гарнизон Кенигсберга.

В апреле бомбардировала военно-промышленные объекты противника в порту Пиллау.

В последние недели войны бомбардировала войска противника на Земландском полуострове и косе Фрише-Нерунг (Вислинская коса). 

В сентябре 1945г. майор Головин был награжден медалью «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.» Штаб дивизии находился в г.Речица.

В октябре- медалью «За взятие Кенигсберга». Штаб дивизии находился в г.Речица.

Награжден медалью «Партизану Отечественной войны II степени».

За долголетнюю и безупречную службу в 1944г. был награжден медалью «За боевые заслуги», в 1947г.- орденом Красной Звезды, в 1951г.- орденом Красного Знамени.

Подполковник Головин был уволен в запас 13 июля 1955г.