С апреля 1942 года Тимофеева – боец партизанского отряда «За родную землю», который входил в состав 2-й Калининской партизанской бригады. Девушка воевала в составе диверсионной группы своего отряда.

В начале июля, выполняя задание, диверсанты пустили под откос немецкий эшелон между станциями Новосокольники и Невель. На обратном пути у деревни Конюшни группа попала в окружение.

Из наградного листа: «Завязался неравный бой, во время которого Тимофеева была ранена. Будучи раненой, она отстреливалась до последнего патрона. Подбежавшие немцы и полицаи закололи и изрезали её на куски: она погибла героической смертью».

Местные жители похоронили партизанку рядом с той же деревней. В 1965 году именем Зинаиды Тимофеевой назвали улицу в городе Калинине, позднее вернувшем историческое название Тверь.