Во время Великой Отечественной Войны — начальник штаба нескольких армий (53-й, 57-й, 4-й гвардейской). Участвовал в Курской битве, в битве за Днепр. Внёс значимый вклад в успешное завершение Корсунь-Шевченковской операции. Его штаб организовал разгром противника в Ясско-Кишиневской операции. Участвовал во взятии Будапешта и Вены. В 1945 году подписал от Советского Союза Акт капитуляции Японии.
Родился Кузьма Деревянко 14 ноября 1904 года в селе Косенивка Уманского уезда Киевской губернии Российской империи. Сейчас это Уманский район Черкасской области (Украина). С трёх до девяти лет жил на Вологодчине, куда (в Великий Устюг) сослали в 1907 году отца за участие в революционных событиях. Окончил церковно-приходскую школу, несколько классов гимназии. К 1922 году имел большой трудовой стаж (каменотёс, разнорабочий, пахарь).
С 1922 года — в Красной Армии, где получил основное образование: Киевская, а затем Харьковская военные школы, через 10 лет — военная академия. В Харьковской школе военных старшин Кузьма Деревянко заинтересовался японским языком и к выпуску из школы уже говорил и писал по-японски. В 1933 году, поступая в Военную академию им. М. В. Фрунзе, он выбрал для изучения английский и японский языки.
Будучи в 1936 году всего лишь капитаном, к началу войны с Германией К.Деревянко выдвинулся по службе, выполняя ряд ответственных специальных поручений.
В 1936—1938 годах капитан Деревянко выполнял секретную операцию по снабжению оружием китайских войск, воевавших с японцами, за которую получил орден Ленина, вручённый ему в Кремле лично «всесоюзным старостой» М. И. Калининым.
Во время советско-финской войны (1939—1940) доброволец майор К. Деревянко — начальник штаба Отдельной особой лыжной бригады. Это было разведывательно-диверсионное подразделение, сформированное в основном из студентов Ленинградского института физкультуры им. Лесгафта. Сам Деревянко занимался не только планированием. Когда лыжный отряд мастера спорта В. Мягкова (посмертно — Героя Советского Союза) попал в засаду белофиннов и был разгромлен, Деревянко во главе другого отряда вынес раненых и погибших. За финскую войну Деревянко награжден орденом Красной Звезды и вне очереди стал полковником.
С августа 1940 года К. Деревянко — заместитель начальника разведотдела Прибалтийского особого военного округа.
В январе—марте 1941 года он выполнял особое задание в Восточной Пруссии, а с 27 июня 1941 года — начальник разведотдела штаба Северо-Западного фронта. В этом качестве он в августе 1941 года возглавил рейд в тыл немецких войск, в ходе которого из концлагеря под Старой Руссой было освобождено около двух тысяч пленных красноармейцев, многие из них пополнили войска фронта.
Во время войны Деревянко начальник штаба нескольких армий (53-й, 57-й, 4-й гвардейской). Участвовал в Курской битве, в битве за Днепр. Внес значимый вклад в успешное завершение Корсунь-Шевченковской операции. Его штаб организовал разгром противника в Ясско-Кишиневской операции. Участвовал в освобождении Будапешта и Вены.
4 мая 1942 года Деревянко назначен начальником штаба 53-й армии Северо-Западного фронта и награждён орденом Красной Звезды. Одновременно ему присвоен чин генерала (по представлению начштабфронта Н. Ф. Ватутина и замначгенштаба А. М. Василевского). 19 апреля 1945 года — он уже генерал-лейтенант.
Закончил войну на Западе генерал Деревянко начальником штаба 4-й гвардейской армии (командарм — генерал-лейтенант Захватаев Н. Д.) 3-го Украинского фронта. Некоторое время представлял СССР в Союзном Совете по Австрии.
В связи с предстоящей войной с Японией был переведён на Дальний Восток на аналогичную должность начальника штаба 35-й армии. Но в августе (в Чите) получил приказ покинуть поезд и прибыть в ставку главкома советскими войсками на Дальнем Востоке маршала Василевского. Там ему была вручена телеграмма Сталина и начальника генерального штаба Антонова о назначении представителем Главного командования советских войск на Дальнем Востоке при штабе Макартура.
25 августа из Владивостока Деревянко вылетел на Филиппины, где в Маниле дислоцировался штаб американских вооружённых сил на Тихом океане. Уже в Маниле 27 августа Деревянко получил телеграммой приказ о переподчинении Ставке Верховного главнокомандования и полномочиях на подписание Акта о безоговорочной капитуляции Японии от имени Советского Верховного главнокомандования. 30 августа вместе с Макартуром и представителями стран-союзников Деревянко прибыл в Японию, а 2 сентября 1945 года принял участие в церемонии подписания акта о капитуляции.
После этого, по поручению руководства страны, с огромной опасностью для здоровья генерал несколько раз посещает города Хиросима и Нагасаки, подвергнутые американской атомной бомбардировке. Составив об увиденном детальный отчёт, он вместе с альбомом фотографий представил его в Генштаб, а затем лично Сталину при докладе 5 октября 1945 года. Сам Деревянко вспоминает:
Украинский биограф генерала, доктор исторических наук В. Шевченко, утверждает, что материалы К. Деревянко об атомной бомбардировке были использованы для активизации разработки советского атомного оружия.
В дальнейшем Деревянко был назначен представителем СССР в созданном в декабре 1945 года Союзном Совете для Японии с местопребыванием в Токио (председателем которого был назначен главнокомандующий оккупационными силами союзников генерал Макартур).
Союзный Совет прекратил своё существование в 1951 году из-за разногласий СССР и США по Сан-Францисскому мирному договору. К. Н. Деревянко перевели в Москву, где он работал в военной академии начальником кафедры вооруженных сил иностранных государств, а затем начальником управления информации Главного разведуправления Главного разведуправления (ГРУ) Генштаба.
Вследствие радиоактивного облучения, имевшего место во время посещения Хиросимы и Нагасаки, здоровье К. Деревянко серьёзно ухудшилось и, после продолжительной и тяжёлой болезни, 30 декабря 1954 года он скончался от рака.
Похоронен Кузьма Николаевич Деревянко 3 января 1955 года на Новодевичьем кладбище в Москве.
7 мая 2007 года Деревянко К. Н. присвоено звание Герой Украины (посмертно, за мужество и самоотверженность, проявленные в годы Второй мировой войны 1939—1945 годов, выдающиеся дипломатические заслуги в послевоенном урегулировании межгосударственных отношений).