Im Zweiten Weltkrieg stand Rumänien durch die Mitgliedschaft im Antikominternpakt auf der Seite des Deutschen Reiches, seine Truppen beteiligten sich 1941 am Feldzug gegen die Sowjetunion. Rumänien war dabei der einzige Verbündete, der im Voraus über den Fall Barbarossa informiert wurde. Bessarabien wurde nach der 1940 erfolgten sowjetischen Annexion wieder nach Rumänien eingegliedert, die deutschen Siedler wurden in einer gemeinsamen Aktion Rumäniens mit dem Deutschen Reich auf deutsches Gebiet rückgesiedelt. Juden, Roma und Angehörige so genannter „religiöser Sekten“ wurden vom nunmehr mit Hitler verbündeten Regime verfolgt. Das militärfaschistische Regime Ion Antonescus organisierte die Deportation der Juden in eigene KZ-ähnliche Einrichtungen in Transnistrien, nachdem aufgrund antisemitischer und rassistischer Gesetze der Zugang von Juden zu bestimmten Berufen und öffentlichen Ämtern völlig unterbunden worden war. Während der Antonescu-Diktatur wurde der Antisemitismus Teil der Staatsideologie. (siehe dazu den 2004 erstellten „Bericht der internationalen Kommission zur Erforschung des rumänischen Holocaust“[8] und das in deutscher Sprache zugängliche Dossier „Der Fall Antonescu“[9]). Auch im nunmehr ungarisch besetzten Nordsiebenbürgen kam es zu Pogromen und Deportationen.
Zum Anfang des Jahres 1944 bereitete König Mihai I. gemeinsam mit Iuliu Maniu in Geheimverhandlungen mit den Westmächten und später auch der Sowjetunion den Abfall vom deutschen Bündnis und den Sturz Antonescus vor. Nachdem die am 20. August 1944 begonnene Sommeroffensive der Roten Armee unter der Bezeichnung Operation Jassy-Kischinew in wenigen Tagen gewaltige Fortschritte machte, wechselte Rumänien am 23. August 1944 die Fronten. Binnen weniger Wochen wurde es vollständig von der Roten Armee eingenommen und besetzt. Für das kriegführende Deutschland bedeutete der 23. August 1944 den Totalverlust der rumänischen Erdölzufuhr und machte einen raschen Rückzug der Wehrmacht vom gesamten Balkan erforderlich, um einem Abschneiden der Truppenteile in Griechenland und Jugoslawien durch den Gegner zuvorzukommen.
Nun geriet Rumänien – entgegen früherer Aussagen Stalins – völlig unter sowjetischen Einfluss. Die bürgerliche Elite des alten Systems und politisch Andersdenkende wurden verfolgt oder ermordet. Der nach dem Krieg im Land verbliebene Teil der deutschen Minderheit wurde bis Anfang der 1950er-Jahre entrechtet und enteignet. Zudem verschleppte die sowjetische Besatzungsmacht den größten Teil der erwachsenen deutschen Bevölkerung im „arbeitsfähigen Alter“ (Frauen bis 33, Männer bis 45 Jahre) auf mehrere Jahre zur Zwangsarbeit in die Sowjetunion. Das nördliche Siebenbürgen wurde wieder eingegliedert. Der nördliche Teil des mehrheitlich rumänisch besiedelten Bessarabiens blieb dagegen dauerhaft unter sowjetischer Herrschaft und bildet heute den eigenständigen Staat Moldawien. Der Südteil Bessarabiens (Budschak) kam zur Ukraine.