В Красной армии с 1941 года. В 1942 году окончил Вязниковскую военно-авиационную школу пилотов. В действующей армии с лета 1943 года.
Помощник командира по воздушно-стрелковой службе 193-го истребительного авиационного полка старший лейтенант Николай Артамонов к 10 марта 1944 года совершил 165 боевых вылетов, из них 32 — на разведку, провёл 42 воздушных боя, в которых сбил лично 1ь и в составе группы — 8 вражеских самолётов.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 19 августа 1944 года за образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте борьбы с немецко-фашистскими захватчиками и проявленные при этом мужество и героизм старшему лейтенанту Артамонову Николаю Семёновичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».
26 марта 1945 года при штурмовке скопления вражеской боевой техники в 6 километрах юго-восточнее села Врабле его Ла-5 был подбит зенитным огнём и упал в 1,5 километрах от села Телинце.
Ко дню своего последнего полёта, на боевом счету Н. С. Артамонова значилось 354 боевых вылета, он провёл 55 воздушных боёв в которых лично сбил 28 самолётов противника и 9 — в составе группы.
