В начале июня 1941 года приехала на школьные каникулы в деревню Зуи, близ станции ОбольШумилинского районаВитебской области. После нападения Германии на СССР Зина Портнова оказалась на оккупированной территории. С 1942 года — член Обольской подпольной организации «Юные мстители», руководительницей которой была будущий Герой Советского Союза Е. С. Зенькова, член комитета организации. В подполье была принята в ВЛКСМ.
Согласно советской историографии, Портнова участвовала в распространении листовок среди населения и диверсиях против захватчиков. Работая в столовой курсов переподготовки немецких офицеров, по указанию подполья она отравила суп крысиным ядом (не смертельно отравлены были 24 офицера)[источник не указан 318 дней]. Немцы начали поиск злоумышленников, подозревая всех и каждого. Попала под подозрение и Зина; немцы предложили ей съесть несколько ложек супа из котла (ожидая, что тот, кто отравил суп, зная о яде в нём, откажется это делать) — однако Зина съела предложенный ей суп, тем самым отведя от себя подозрения. Она не помнила, как добралась до крыльца бабушкиного дома; та отпоила её травяными отварами и молочной сывороткой, и девушка осталась жива. После произошедшего оставаться в деревне Зине было смертельно опасно, и Портнову переправили в партизанский отряд.
С августа 1943 года Зина была разведчицей партизанского отряда имени К. Е. Ворошилова. В декабре 1943 года, возвращаясь с задания по выяснению причин провала организации «Юные мстители», была схвачена в деревне Мостище и опознана некой Анной Храповицкой. На одном из допросов в гестапо деревни Горяны (ныне Полоцкого районаВитебской областиБеларуси) следователь угрожал ей пистолетом, но Зина молчала. Когда следователь отвлёкся на въезжающие в двор машины, Зина схватила со стола его пистолет и застрелила следователя и ещё двух гитлеровцев. Пыталась бежать, но была схвачена. После этого её пытали больше месяца, надеясь получить какую-либо информацию о партизанах.
Утром 10 января1944 года Зина Портнова была расстреляна в тюрьме города Полоцк (по другой версии — в деревне Горяны).
На автодороге А215 в городском посёлке Оболь (Беларусь) находится памятная стена, на которой перечислены активные участники Обольской подпольной группы, в том числе и Зина Портнова.
Портрет Зинаиды Портновой в Санкт-Петербурге по адресу Новгородская улица, дом 2а, лит. Д[6]. Граффити на трансформаторной подстанции ПАО «Ленэнерго» выполнено художниками арт-группы HoodGraff. Невзирая на мнение горожан, 25 августа 2020 г. ГАТИ Санкт-Петербурга предписало в трёхдневный срок закрасить стену и удалить изображение[7].
Сюжет вышедшего в 2021 году юношеского романа «Лето в пионерском галстуке» строится вокруг постановки спектакля о подвиге пионеров-героев и в частности Зины Портновой, чьим именем назван пионерский лагерь, в котором разворачивается действие романа.
Имя З. М. Портновой присвоено Обольской средней школе[9].
Пионерская дружина средней школы № 9 г. Витебска носит имя З. Портновой[10].
123Евгеньев С.Наша Зина : 20 февраля, в день рождения Зины Портновой, в школе №608 прошел день ее памяти. : [арх. 23 марта 2024] // Санкт-Петербургские ведомости : газета. — 2024. — № 49 (7625) (19 марта).
Великая Отечественная война, 1941—1945 : энциклопедия. — 1985. — С. 559—560.
В Ульяновске открыли Аллею пионеров-героев(рус.). Официальный сайт полномочного представителя Президента Российской Федерации в Приволжском федеральном округе. Дата обращения: 4 ноября 2020. Архивировано 24 июня 2020 года.
Набатов Г. О.Зина Портнова. — М. : Малыш, 1967. — 32 с. — (Пионеры-герои).
Набатов Г. О.Зина Портнова. — М. : Малыш, 1979. — 20 с. — (Пионеры-герои). — 150 000 экз.
Набатов Г. Дочь путиловца // Орлята / отв. ред. Г. А. Аршинников. — 2-е изд. — Л. : Детская литература, 1965. — С. 153-166. — 192 с. — (Школьная библиотека). — 100 000 экз.