Podczas obrony stolicy we wrześniu 1939 roku rozgłośnia Warszawa II odegrała ogromną rolę. Dzięki Polskiemu Radiu informacje docierały za linię frontu, między innymi do krajów okupowanych przez Niemcy. Rozgłośnia podnosiła na duchu, budowała poczucie jedności wśród Polaków, podtrzymywała wiarę w zwycięstwo. To z gmachu przy ulicy Zielnej 25 nadawano pamiętne przemówienia prezydenta Stefana Starzyńskiego, w których zagrzewał do walki i dodawał rodakom otuchy.

Podczas oblężenia Warszawy w Polskim Radiu pracowało ponad sto osób - ze stolicy, z rozgłośni regionalnych oraz wolontariuszy. Ponieważ Niemcy chcieli przejąć lub zniszczyć radiostację, 6 września Polacy wysadzili nadajnik w Raszynie, żeby nie dostał się w ręce wroga. Już dzień później odezwała się Warszawa II, kierowana przez dyrektora muzycznego Edmunda Rudnickiego. Gdy wskutek nalotów 16 września zamilkły radiostacje w Baranowiczach, Lwowie i Wilnie, Warszawa II stała się jedynym głosem walczącego kraju.

Rozgłośnia kierowała też życiem oblężonej stolicy, organizowała ochotników do walki z pożarami i ratowania zasypanych osób. W Polskim Radiu nadawał codzienne komunikaty Naczelnego Dowództwa, a później Dowództwa Obrony Warszawy - podpułkownik Wacław Lipiński. Informował o walce z okupantem, a przy tej okazji wygłaszał wystąpienia, których celem było podtrzymywanie mieszkańców Warszawy na duchu. Z kolei komunikaty radiowe i relacje zbierane przez reporterów, między innymi Edmunda Osmańczyka i Stanisława Sachnowskiego, na ulicach walczącego miasta były źródłem informacji o życiu mieszkańców i sytuacji w poszczególnych dzielnicach. Warszawa II przerwała emisję stałego programu 23 września, po zbombardowaniu elektrowni na Powiślu. Potem do końca września radiowcy nadawali komunikaty za pomocą krótkofalówek. Dzięki temu Polacy wiedzieli, że nadal bohatersko broni się stolica i Hel.

Ostatnią wiadomość nadano 30 września na falach krótkich, korzystając z zasilania awaryjnego. Odczytał ją spiker Józef Małgorzewski: "Halo, halo, czy nas słyszycie? To nasz ostatni komunikat. Dziś oddziały niemieckie wkroczyły do Warszawy. Braterskie pozdrowienie przesyłamy żołnierzom polskim walczącym na Helu i wszystkim walczącym, gdziekolwiek się jeszcze znajdują. Jeszcze Polska nie zginęła! Niech żyje Polska!". Ten sam komunikat po angielsku wygłosił Jeremi Przybora i po francusku Maria Stpiczyńska.

Następnie został nadany hymn, który wybrzmiał jako ostatni głos walczącej w 1939 roku Warszawy. Niedługo potem do gmachu radia weszli Niemcy. Po przejęciu rozgłośni władze niemieckie nakazały konfiskatę odbiorników i pod groźbą śmierci zakazały Polakom słuchania radia. 1 października 1939 roku Polskie Radio przeszło do konspiracji.

W okresie okupacji majątek Polskiego Radia i zasoby zostały przejęte przez Niemców, częściowo wywiezione do III Rzeszy, a resztę celowo zniszczono - większość radiowych zbiorów, nagrań, archiwów i bibliotek. Wskutek tego, po wojnie radiofonia polska, jako jedyna na świecie, musiała być odbudowana od podstaw. Polskie Radio wznowiło działalność niedługo po zakończeniu działań wojennych w 1945 roku.