В 1937 году по ложному доносу арестовали сначала ее мужа, потом саму Лидию Тихомирову. Молодого врача отпустили через несколько месяцев, супруг вернулся из Магадана только после смерти Сталина.
В октябре 1941 года, когда немцы начали оккупацию территории Калининской области, Тихомирова работала военным врачом в госпитале № 1144 (находился в здании гимназии № 6).
При захвате города фашисты разбомбили больничный городок. Раненых бойцов вывезти не удалось, их успели спрятать в подвале госпиталя, и Лидия Петровна осталась вместе с ними. С ней также остались другие врачи и медсестры, которые продолжили оказывать медпомощь ранбольным, в том числе — делать операции. Чтобы спасти раненных и медицинский персонал, Тихомирова обманула немцев, сообщив, что у больных в подвале тиф.
Это стало прикрытием для подпольного госпиталя в течение двух месяцев, пока Калинин был в оккупации.
После освобождения Калинина 16 декабря 1941 года персонал госпиталя и часть больных отправили в спецлагерь для проверки. Лидию Тихомирову обвинили в сотрудничестве с немцами. Но за нее вступились спасенные ею солдаты и офицеры, поэтому в конце мая 1942 года хирурга освободили.
Тихомирова сразу же поехала на фронт. Со своей частью, 100-й Львовской стрелковой дивизией, Лидия Петровна прошла всю войну, демобилизовавшись в августе 1945 года. Воины именно этой дивизии освободили нацистский концентрационный лагерь «Аушвиц-Биркенау» (Освенцим). Среди освободителей была и начальник 2-го отделения Хирургического полевого подвижного госпиталя № 380, капитан медицинской службы Лидия Петровна Тихомирова.
После войны Лидия Петровна вернулась в родной Калинин. Воспитывала дочь Галину, трех дочерей погибшей в годы войны сестры и двоих детей брата-танкиста, который тоже не вернулся домой с фронта. Продолжила работать в больнице, была назначена главным травматологом Калинина.
О героическом враче от знакомых узнал советский писатель Борис Полевой. Так, в 1966 году, сначала в виде глав в журнале «Работница», а потом отдельным изданием, выходит повесть «Доктор Вера». «...повесть «Доктор Вера», хотя и выросла из жизненного материала, не биографический очерк, не хроника совершившегося. Я прошу мою землячку, если ей в руки попадет эта книга, не прикладывать к ней точную мерку своей хорошей жизни и не судить меня строго за то, что я по-своему рассказываю о событиях, которые она пережила…», — пишет Борис Полевой в предисловии.
Через год, в 1967-м, вышел снятый в Калинине режиссером Дамиром Вятич-Бережных одноименный фильм «Доктор Вера». На премьере фильма была Лидия Петровна с семьей.
Последние годы жизни легендарный врач провела в семье своей внучки Елены Скрастынь. Умерла она в ночь на 1 апреля 1988 года, не дожив нескольких дней до своего 84-летия.
