Tháng 9 năm 1939, khi Thế chiến thứ hai bùng nổ, Witzleben khi đó là Đại tướng, chỉ huy Tập đoàn quân số 1, đóng tại Mặc trận phía Tây. Khi Đức tấn công Pháp vào ngày 10 tháng 5 năm 1940, Tập đoàn quân số 1 là một phần của Cụm tập đoàn quân C. Ngày 14 tháng 6, nó đã phá vỡ phòng tuyến Maginot, và trong vòng ba ngày đã buộc một số sư đoàn Pháp phải đầu hàng. Do chiến tích này, Witzleben đã được trao tặng huân chương Chữ thập Hiệp sĩ; và vào ngày 19 tháng 7, ông được thăng cấp lên Generalfeldmarschall (Thống chế) trong buổi Lễ Thống chế năm 1940.

Năm 1941, ông thậm chí còn được bổ nhiệm làm Tổng tư lệnh OB West, kế nhiệm thống chế Gerd von Rundstedt, nhưng chỉ một năm sau, ông rời cương vị đó vì lý do sức khỏe. Tuy nhiên, một số tài liệu cho rằng ông đã bị buộc phải nghỉ hưu một lần nữa vào thời điểm này sau khi ông chỉ trích chế độ vì cuộc xâm lược Liên Xô vào ngày 22 tháng 6 năm 1941 trong Chiến dịch Barbarossa.

Âm ưu 20 tháng 7 năm 1944

Năm 1944, những người chủ mưu đảo chính tập hợp xung quanh Stauffenberg coi Witzleben là nhân vật chủ chốt trong kế hoạch của họ. Trong dự kiến phân chia quyền lực sau đảo chính, Đại tướng Beck được coi là nguyên thủ quốc gia lâm thời tương lai, Đại tướng Hoepner chỉ huy lực lượng Ersatzheer nội bộ ("Lực lượng dự bị"), Witzleben sẽ là người nắm quyền chỉ huy tối cao của toàn bộ Wehrmacht với tư cách là tướng lĩnh có cấp bậc cao nhất quân đội.

Tuy nhiên, vào ngày 20 tháng 7 năm 1944, khi mà Stauffenberg thực hiện vụ nổ bom nhằm cố gắng giết chết Hitler tại Hang Sói ở Đông Phổ, Witzleben đã không đến Bendlerblock tại Berlin (Trụ sở chính của OKH) để nắm quyền chỉ huy lực lượng đảo chính cho đến 8 giờ tối, khi đã rõ là âm mưu đảo chính đã thất bại. Sau đó, ông giận dữ trước thất bại và rời đi sau 45 phút để quay trở lại Zossen, nơi ông thông báo tình hình với Thượng tướng Pháo binh (General der Artillerie) Eduard Wagner. Ông bị bắt vào ngày hôm sau bởi Trung tướng Viktor Linnarz của Phòng nhân sự OKH.

Chỉ thông qua một phán quyết bởi cái gọi là Ehrenhof der Wehrmacht ("Tòa án Danh dự của Quân đội Chính quy"), một hội đồng gồm các sĩ quan được thành lập sau vụ ám sát nhằm loại bỏ các sĩ quan khỏi Wehrmacht, ông bị sa thải khỏi Wehrmacht, một hành động nhằm ngăn cản không cho ông và những người đồng mưu bị xét xử bởi luật quân sự của Đức. Thay vào đó, họ có thể bị đưa ra xét xử trước "Tòa án Nhân dân" khét tiếng của Đức Quốc xã (Volksgerichtshof).

Bị tra tấn và cái chết

Ngày 7 tháng 8 năm 1944, Witzleben nằm trong nhóm đầu tiên bị buộc tội âm mưu đảo chính, đã bị đưa ra xét xử trước Volksgerichtshof. Bị suy kiệt trong quá trình bị thẩm vấn bởi Gestapo, ông bất ngờ tiến đến băng ghế để chào kiểu Quốc xã,[2] một hành động mà chủ tọa phiên tòa Roland Freisler đã lên tiếng quở trách.

Witzleben bị xử tử cùng ngày tại nhà tù Plötzensee ở Berlin. Theo lệnh trực tiếp của Hitler, ông bị treo cổ bằng một sợi dây gai mỏng,[3] quấn quanh một cái móc thịt. Cuộc hành hình được ghi nhận là có quay phim lại,[4] tuy nhiên, về sau, các cảnh quay này đều bị thất lạc.[5]