Am 28. September 1939 marschierten deutsche Truppen in Warschau ein und eine verheerende fünfjährige Besatzungszeit brach an. Der Terror der Besatzer traf von Anfang an auf einen entschiedenen Widerstand weiter Teile der Bevölkerung. Der organisierte Widerstand nahm verschiedene Formen an, von geheimen Bildungseinrichtungen sowie kleinen und großen Sabotagen bis zu Attentaten. Warschau war von Beginn der Besatzung an das Zentrum des "Unterirdischen Polnischen Staates" mit der Geheimverwaltung der Londoner Exilregierung und der Heimatarmee. Nach der Besetzung Warschaus durch die deutsche Wehrmacht wurden die Juden der Stadt und der Umgebung seit dem November 1940 im Warschauer Ghetto – dem größten jüdischen Ghetto im besetzten Europa – eingesperrt, von wo mindestens 300.000 jüdische Bürger Warschaus deportiert und ermordet wurden (man geht aber von weit mehr aus). 1941 wurde für Juden die Ghettopflicht eingeführt und das Verlassen des Ghettos sowie jegliche Hilfe für die jüdischen Warschauer unter Todesstrafe gesetzt. Gleichwohl konnten die Organisation Żegota sowie viele Privatleute hunderte Juden vor dem Tod retten. Am 18. April 1943 kam es zum Aufstand im Warschauer Ghetto unter der Führung von Mordechaj Anielewicz und Marek Edelman, als Reaktion auf die Liquidierung des Ghettos durch die SS. Am 8. Mai 1943 nahmen sich die meisten jüdischen Anführer im Versteck in der Ulica Miła 18 das Leben. Einigen jüdische Einheiten (unter anderem Marek Edelman) gelang die Flucht zum polnischen Untergrund. Folge des Ghettoaufstandes war, dass ein ganzes Stadtviertel liquidiert und niedergebrannt und die überlebenden Juden zumeist im KZ Treblinka ermordet wurden.
Der Warschauer Aufstand, getragen von der polnischen Heimatarmee, begann überstürzt am 1. August 1944 unter der Führung von Tadeusz Bór-Komorowski. Er war die größte Erhebung gegen die Okkupanten im besetzten Europa während des Zweiten Weltkrieges. Fast die gesamte verbliebene Stadtbevölkerung beteiligte sich an den Kriegshandlungen, deren Ziel ein von Hitlerdeutschland und der Sowjetunion unabhängiges Polen sein sollte. In den ersten Augusttagen wurden die polnischen Medien und eine Pfandfinderpost wiederhergestellt und die Erhebung hatte zunächst Erfolg, als sich die deutschen Truppen aus weiten Teilen der Innenstadt zurückziehen mussten. Aufgrund mangelnden Nachschubs jedweder Form kam der Aufstand schnell in eine kritische Situation. Die der Wehrmacht zu diesem Zeitpunkt weit überlegene Rote Armee war am rechten Weichselufer stehen geblieben und leistete dem Widerstand keine Unterstützung. Außerdem verweigerten die Sowjets den Westalliierten Flugplätze, von denen aus sie mehr Hilfsgüter und Waffen hätten einfliegen können. Die Heimatarmee musste am 2. Oktober 1944 kapitulieren. Im Warschauer Aufstand, der überwiegend durch Einheiten der Waffen-SS niedergeschlagen wurde, kamen fast 200.000 polnische Soldaten und Zivilisten ums Leben. Als Repressalie wurde die Mehrzahl der noch vorhandenen Warschauer Gebäude auf dem linken Weichselufer von den deutschen Truppen planmäßig gesprengt und vollkommen zerstört. Die überlebende Bevölkerung wurde in Konzentrationslager oder zur Zwangsarbeit deportiert.