El 9 de septiembre de 1939, ocho días después de la invasión de Polonia por parte de Alemania, el Parlamento de Canadá votó a favor de declarar la guerra a Alemania, lo que el país hizo al día siguiente. (Su declaración de guerra por separado era una medida de la independencia que le otorgaba el Estatuto de Westminster de 1931; en 1914 no había habido tal independencia ni declaración de guerra por separado). La votación fue casi unánime, un resultado que se basaba en la suposición de que iba a haber un esfuerzo de guerra de «responsabilidad limitada» que consistiría principalmente en el suministro de materias primas, alimentos y municiones y la formación de tripulaciones aéreas de la Commonwealth, principalmente para la Royal Air Force. Los hombres canadienses debían ser activamente disuadidos de servir en la infantería, que se esperaba que sufriera muchas bajas, y se preveía que se formarían pocas unidades de infantería. Si se seguía este plan, King y otros líderes del gobierno razonaban que el reclutamiento sería innecesario. Tanto King como el líder de la oposición conservadora se habían comprometido a una política de «no reclutamiento» incluso antes de que comenzara la guerra.

La expulsión de los británicos del continente y la caída de Francia en la primavera de 1940 cambiaron totalmente las circunstancias. Los aliados de Canadá en ultramar habían caído o estaban en peligro de hacerlo, y el país concluyó inmediatamente un acuerdo en Ogdensburg, Nueva York, con los Estados Unidos para la defensa de América del Norte. Además, Canadá se situó ahora en la vanguardia de la guerra. Después de Gran Bretaña, era (antes de la entrada de Estados Unidos en la guerra en diciembre de 1941) el segundo adversario más poderoso de Alemania. El énfasis en el suministro dio paso a un enfoque en las fuerzas de combate. La política de «no reclutamiento» de King había sido modificada en 1940 cuando el gobierno introdujo el reclutamiento para la defensa interna, pero al mismo tiempo King renovó su promesa de no enviar reclutas al extranjero para el servicio «activo». En 1942, el gobierno de King convocó un plebiscito nacional en el que se pedía a los votantes canadienses que lo liberaran de esa promesa; casi dos tercios de los votantes canadienses apoyaron el reclutamiento, aunque en Quebec tres cuartos se opusieron. A partir de entonces, el gobierno impuso el servicio obligatorio para la defensa nacional, pero King, temiendo una división anglo-francesa, no envió reclutas al extranjero durante los primeros años de la guerra, prefiriendo evitar tal medida a menos que fuera absolutamente necesario.

Aún así, los canadienses estaban profundamente involucrados en la guerra. Bajo la creciente presión de los líderes militares para que las tropas canadienses entraran en combate, se enviaron dos batallones para ayudar a defender Hong Kong (entonces una colonia británica), pero los resultados fueron desastrosos, ya que las fuerzas imperiales japonesas arrasaron. En agosto de 1942 se intentó una incursión mal planificada y mal ejecutada en el puerto francés de Dieppe, ocupado por los alemanes, en gran parte con tropas canadienses, con importantes bajas. Sin embargo, las lecciones aprendidas de este desastre resultaron útiles durante la planificación de la invasión de Normandía (Francia) en 1944. Lo que se conoció como la Batalla del Atlántico supuso uno de los mayores compromisos de Canadá. Los escoltas canadienses ayudaron a proteger los convoyes que atravesaban el Atlántico llevando suministros a Gran Bretaña. De nuevo, Canadá sufrió muchas bajas, tanto en el servicio naval como en la marina mercante. En el marco del Plan de Entrenamiento Aéreo de la Commonwealth británica, los canadienses volaron en escuadrones de la Real Fuerza Aérea Canadiense y en escuadrones combinados de la Real Fuerza Aérea (RAF) desde la Batalla de Gran Bretaña, pasando por las campañas de bombardeo sobre Alemania, hasta la victoria final. Las pérdidas de tripulaciones fueron especialmente importantes en el Mando de Bombarderos de la RAF.

En Normandía, en junio de 1944, se asignó a Canadá una de las cinco playas de invasión. Las bajas empezaron a aumentar rápidamente a medida que la ofensiva en Francia se prolongaba, y el ejército canadiense se quedó sin refuerzos de infantería. El ejército canadiense, que había estado luchando en Sicilia e Italia desde julio de 1943, se vio afectado por un número especialmente elevado de bajas de infantería a finales del verano y principios del otoño de 1944. El ministro de defensa nacional de King, J.L. Ralston, apoyaba el envío de reclutas a ultramar y se vio obligado a dimitir por ello. La dimisión de Ralston precipitó una crisis de gabinete, que se resolvió en noviembre de 1944 cuando King cedió y aceptó enviar reclutas al frente para reforzar las unidades de infantería del ejército.

El esfuerzo bélico de Canadá en la Segunda Guerra Mundial no sólo fue mucho más amplio que el de la Primera Guerra Mundial, sino que también tuvo un impacto mucho más duradero en la sociedad canadiense. Al final de la guerra, más de 1.000.000 de canadienses (de los cuales unos 50.000 eran mujeres) habían servido en los tres servicios. Aunque el número total de bajas fue menor que en la guerra anterior, aún así unos 42.000 murieron o fallecieron en el servicio, y 54.400 resultaron heridos. El esfuerzo bélico nacional no fue menos importante. Canadá acogió y pagó gran parte del coste del Plan de Entrenamiento Aéreo de la Commonwealth británica, que entrenó a más de 100.000 aviadores de la Commonwealth. Las fábricas canadienses produjeron desde rifles hasta bombarderos pesados Lancaster, y los científicos, técnicos e ingenieros canadienses trabajaron en tecnología armamentística avanzada, incluida la bomba atómica (para la que Canadá suministró el mineral de uranio). Los alimentos canadienses, las contribuciones directas en efectivo a Gran Bretaña y las municiones para los aliados, incluida la Unión Soviética, contribuyeron al esfuerzo bélico general.

El gobierno intervino en casi todos los aspectos de la vida canadiense para regular el esfuerzo bélico, garantizar un flujo fluido de tropas y suministros y frenar la inflación. Agencias como la Junta de Precios y Comercio en Tiempos de Guerra y la Junta Nacional de Trabajo de Guerra representaron un crecimiento masivo del gobierno federal, trayendo consigo un aumento del gasto gubernamental y un vasto incremento del servicio civil. Hacia el final de la guerra, el gobierno de King puso en marcha aún más políticas de bienestar social, introduciendo un importante programa de prestaciones para veteranos, subsidios familiares, apoyo a los precios agrícolas, negociación colectiva obligatoria y un programa nacional de vivienda. Sin duda, habría llegado más lejos que en 1945 y 1946 -se estaba estudiando un plan nacional de seguro de salud- de no ser por la oposición de los gobiernos provinciales, especialmente de Ontario y Quebec. Sin embargo, a pesar de esa oposición, la guerra produjo un importante cambio de poder hacia Ottawa. La Segunda Guerra Mundial supuso un punto de inflexión en la historia de Canadá, ya que el papel del gobierno federal en la ingeniería del crecimiento económico nacional se había reforzado considerablemente.