Родился в деревне Гари, ныне Малмыжского района Кировской области в крестьянской семье.
В Русской императорской армии с 1916 года, поручик. Окончил школу прапорщиков (1916 год). Участвовал в Первой мировой войне, на Юго-Западном и Румынском фронтах: командир полуроты, роты, начальник пулемётной команды полка.
В Красной Армии с 1918 года. В 1920 году окончил Нижегородскую артиллерийскую школу. В годы Гражданской войны Н. Д. Захватаев с июня 1920 года в частях 13-й армии сражался на Юго-Западном фронте, затем в должности адъютанта артиллерийского дивизиона и начальника команды управления дивизиона принимал участие в ликвидации вооружённых формирований на Украине.
В межвоенный период Н. Д. Захватаев — помощник уездного военкома, начальник отделения вневойсковой подготовки, начальник штаба полка. В 1930 году окончил Стрелково-тактические курсы усовершенствования комсостава РККА «Выстрел» имени Коминтерна. С 1931 года — исполнитель особых поручений Управления боевой подготовки. В 1935 году окончил Военную академию имени М. В. Фрунзе. С 1935 года — инспектор группы контроля при НКО СССР, с 1936 года — командир полка. В 1939 году окончил Академию Генштаба. С сентября 1939 года — старший преподаватель Академии Генштаба.
С начала Великой Отечественной войны Н. Д. Захватаев — заместитель начальника оперативного отдела штаба Юго-Западного фронта. 9 ноября 1941 года Н. Д. Захватаеву присвоено звание «генерал-майор». С 20 ноября 1941 года — начальник штаба 19-й армии резерва Ставки ВГК (23 ноября преобразована в 1-ю ударную армию). С 29 ноября в составе Западного фронта армия участвовала в Московской битве. 2 февраля 1942 года армия была включена в состав Северо-Западного фронта, участвовала в первой Демянской наступательной операции. С 23 мая по 26 сентября 1942 года Н. Д. Захватаев — командующий 1-м гвардейским стрелковым корпусом, а с 12 декабря 1942 года — 12-м гвардейским стрелковым корпусом в составе Северо-Западного фронта (с декабря 1943 года в составе 2-го Прибалтийского фронта). В 1943 году командует 12-м гвардейским стрелковым корпусом в ходе второй Демянской и Старорусской наступательных операций. 28 апреля 1943 года Н. Д. Захватаеву присвоено звание «генерал-лейтенант». С 23 мая 1944 года по 10 января 1945 года — командующий 1-й ударной армией, которая в составе 3-го Прибалтийского фронта участвовала в Псковско-Островской наступательной операции и в освобождении города Остров. Н. Д. Захватаев умело командовал войсками армии в ходе Тартуской и Рижской наступательных операциях, в ходе которых было нанесено поражение главным силам группы армий «Север». С 1 марта 1945 года — командующий 4-й гвардейской армии 3-го Украинского фронта, войска которой в ходе Венской стратегической наступательной операции овладели городом Секешфехервар, участвовали в освобождении города Вена. 28 апреля 1945 года за умелое управление войсками армии в этих боях и проявленные при этом мужество и героизм Н. Д. Захватаеву было присвоено звание «Герой Советского Союза». С июня 1945 года — командующий 35-й армией Приморской группы войск (с августа 1945 года — 1-й Дальневосточный фронт). Н. Д. Захватаев умело руководил войсками в ходе Харбино-Гиринской наступательной операции и при овладении мощным узлом обороны японских войск в районе города Хутоу. 8 сентября 1945 года Н. Д. Захватаеву было присвоено звание «генерал-полковник».
После войны Н. Д. Захватаев — командующий 5-й армией, с 1947 года — начальник штаба Приморского военного округа, с 1950 года — начальник штаба Белорусского военного округа, с декабря 1951 года — командующий войсками Донского военного округа, с октября 1953 года — первый заместитель командующего войсками Белорусского военного округа, с апреля 1955 года — заместитель начальника Генштаба ВС СССР, с июня 1957 года — главный военный советник при Венгерской народной армии. С 1960 года в отставке. Скончался 15 февраля 1963 года в Москве, похоронен на Новодевичьем кладбище города.
Имя Н. Д. Захватаева носят улицы в городах Киров и Клин.
Награды СССР:
Награды Российской империи:
Иностранные ордена