Năm 1940 trong Chiến tranh thế giới thứ hai, Bắc Bukovina và Bessarabia, Bắc Transilvania và phía nam Dobruja bị chiếm bởi Liên Xô, Hungary và Bulgaria theo thứ tự kể trên. Vua Carol II độc đoán đã thoái vị vào năm 1940 và những năm sau đó România bước vào cuộc chiến tham gia lực lượng của Phe Trục. Sau sự chiếm đóng của Liên Xô, România lấy lại được Bessarabia và phía bắc Bukovina từ nước Nga Xô-viết, dưới sự lãnh đạo của tướng Ion Antonescu. Đức tặng thưởng lãnh thổ Transnistria cho România. Trong suốt cuộc Chiến tranh thế giới thứ hai, chính quyền Antonescu, liên minh với phát xít Đức, đã đóng một vai trò trong Holocaust, với các chính sách đàn áp và tàn sát người Do Thái, và ở mức độ thấp hơn là người România. Theo một báo cáo phát hành năm 2004 bởi một cơ quan do cựu Tổng thống Ion Iliescu bổ nhiệm và điều hành bởi Elie Wiesel (người đã từng đoạt giải Nobel), các nhà cầm quyền România là thủ phạm trong việc lên kế hoạch và thực hiện việc giết từ 280.000 đến 380.000 người Do Thái, nguyên trong miền Đông România thu lại hay chiếm của Liên Xô, dù trong một số tài liệu ước lượng thương vong trong thế chiến II thậm chí còn cao hơn.

Vào tháng 8 năm 1944 chính quyền Antonescu bị lật đổ, và România gia nhập phe Đồng Minh chống lại phát xít Đức, nhưng vai trò của nước này trong việc đánh bại Đức không được công nhận bởi Hiệp định Hòa bình Paris, 1947.