Trong Thế chiến thứ hai, thương binh cần nhiều kháng sinh, lúc này penicillin trở nên cần thiết, và từ năm 1943 Anh và Mỹ đã sản xuất penicillin với quy mô công nghiệp, để chữa trị các bệnh nhiễm trùng trên phạm vi rộng.

Lúc này, phát minh của Fleming đã được cả thế giới công nhận. Vì vậy, năm 1945, giáo sư Alexander Fleming được tặng giải thưởng Nobel về y học, cùng với Ernst Boris Chain và Howard Walter Florey.

Alexander Fleming còn là hội viên Hội Khoa học Hoàng gia Luân Đôn, là viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Paris (Pháp), và từng làm Chủ tịch Hội Vi sinh vật Anh, làm hiệu trưởng trường Đại học Edinburgh từ năm 1951 đến năm 1954, là viện sĩ danh dự của nhiều viện hàn lâm khoa học trên thế giới, và ông được Hoàng gia Anh phong tước hiệp sĩ năm 1944.

Alexander Fleming qua đời năm 1955, khi ông 74 tuổi. Một lễ tang đơn giản đã được tiến hành tại nghĩa trang của nhà thờ Thánh Paul, Luân Đôn.