Năm 1939, Ðức Quốc xã xâm lăng Ba Lan, thành phố Niepolalanów bị dội bom. Kolbe và các tu sĩ Phanxicô bị bắt vì đã che chở cho người Do Thái, nhưng sau đó chưa đầy ba tháng thì tất cả được trả tự do vào đúng ngày Lễ Ðức Mẹ Vô Nhiễm Nguyên Tội. Ngày 17 tháng 2 năm 1941, ông lại bị bắt và giam tại nhà tù Pawiak, sau đó ông được chuyển đến trại tập trung Auschwitz với mã số tù nhân là #16670. Cuối tháng 7 năm 1941, có ba tù nhân trốn khỏi trại, khiến phó chỉ huy của Schutzstaffel bắt 10 người đàn ông chết thay bằng cách bỏ đói trong hầm ngầm để răn đe việc trốn trại. Một trong những người bị chọn có Franciszek Gajowniczek, anh này kêu lên: "Còn vợ tôi! con tôi nữa!". Kolbe động lòng thương và tình nguyện chết thay cho anh này.

Trong biệt ngục, Kolbe cử hành Thánh lễ mỗi ngày và hát thánh ca với các tù nhân.Ông động viên rằng họ sẽ sớm được ở với Đức Mẹ Maria trên thiên đường. Sau hai tuần bỏ đói bỏ khát, chỉ còn Kolbe sống sót. Các lính canh muốn nhanh chóng kết liễu đời ông bằng cách tiêm một liều thuốc độc phenol. Một số nhân chứng kể rằng, khi ấy ông giơ cánh tay trái của mình lên và bình tĩnh chờ đợi mũi tiêm. Thi thể của ông được hỏa táng vào ngày 15 tháng 8, nhằm ngày Lễ Đức Mẹ Lên Trời.