אנשי הקשר של משפחת פרנק ואנשי שלומם היו אחדים מעובדיו של אוטו פרנק – ויקטור קוגלר, יוהנס קליימן, מיפ חיס ובעלה יאן ובפ ווסקאול. אנשים אלו היו הקשר היחיד של משפחת פרנק ותושבי המחבוא האחרים לעולם החיצון. הם סיפקו את צורכיהם, דאגו לשלומם והביאו להם חדשות מהולנד, מאירופה ומהעולם. המשימה הקשה ביותר לסייענים הייתה אספקת מזון למחבוא וליושבים בו, תוך סיכון ממשי של חייהם אם ייתפסו בידי השלטונות.
ב-13 ביולי 1942 נכנסו למחבוא בני משפחת ואן-פלס – הרמן, אוגוסטה ובנם פטר בן ה-16, בגרסה הראשונה של היומן שינתה אנה פרנק את שם משפחת המצטרפים החדשים מוואן-פלס לואן-דאן. בחודש נובמבר של אותה שנה נכנס למחבוא פרידריך פפר, רופא שיניים יהודי וחבר קרוב של בני הזוג פרנק. אירוע זה היה בעל השפעה מיוחדת על חיי אנה פרנק. מרגוט עברה להתגורר בחדר עם הוריה אוטו ואדית, ואנה נותרה בחדר עם פפר. החיים המשותפים של גבר בגיל העמידה עם נערה צעירה בתהליך התבגרות הפך את חיי שניהם לעינוי. ביטוי לכך הוא השם שנתנה אנה לדמותו ביומנה: אלברט דיסל (בגרמנית נשמע כמו "אלברט הטיפש"). למרות הצורך בחברה אנושית מגוונת במקום המחבוא שהפך לבית כלא מרצון, גברו המתחים בין קבוצת המסתתרים במחבוא. אנה פרנק מתארת בגלוי ובפירוט את החיכוכים היום יומיים. היא מביעה ביומנה רתיעה מאוגוסטה ואן-פלס, אותה היא מתארת כ"טיפשה", את פרידריך פפר והרמן ואן-פלס היא מתארת כ"אנוכיים", וכמי שמכלים את מזון הקבוצה ללא התחשבות בזולת.
על החיים במחבוא כתבה אנה פרנק:
בתחילה היא סלדה מפטר ואן-פלס אך בהמשך נרקמו בין שני בני הנוער יחסי קרבה ואנה פרנק מתארת ביומן את הנשיקה הראשונה ביניהם. אנה הייתה זו שקיררה את היחסים משהחלה להטיל ספק, אותו תיארה ביומן, בכנות הקשר, וכן את החשש שקינן בליבה כי המשיכה נבעה מתחושת שותפות הגורל, ולא מאהבה. יחסי חברות אמיצים נרקמו בין אנה פרנק לאנשי הקשר, ובעיקר עם בפ (אליזבת) ווסקאול, הכתבנית הצעירה. מאוחר יותר ציין אוטו פרנק כי הוא הבחין באנה ובפ מסתודדות לעיתים בפינה.
במהלך כתיבתה, תיעדה אנה פרנק את יחסיה עם בני משפחתה, ותיארה בעין חדה את ההבדלים האישיים ביניהם. היא הגדירה עצמה כקרובה לאביה, שמאוחר יותר ציין כי אכן הרגיש קרבה מיוחדת לאנה, בעוד מרגוט הייתה קשורה יותר לאם. האב מוסיף כי אופייה הנוח והיציב של מרגוט עמד בניגוד למצבי הרוח הקיצוניים שחוותה אנה. האחיות פרנק הלכו והתקרבו אחת לשנייה. מבעד לביטויי קנאה כלפי מרגוט, המובעים ביומן, נחשף תהליך של גילוי הדדי ויצירת ידידות, שהלכה והתגברה עם הבשלת תהליך ההתבגרות של אנה. ביום 24 בדצמבר 1943 כתבה אנה פרנק ביומנה:
המתח במחבוא השפיע קשות על האם והבת, וביומן שמור מקום מיוחד ליחסי אנה פרנק ואמה. היא העלתה על הכתב מערכת יחסים מתוחה ובעייתית. אנה מוחה ברישומים על יחסה הקר והמתנשא של האם, וברישום מיום 7 בנובמבר 1942 אנה כתבה: "אני רואה אותה כאם. אך בשבילי אינה 'ה'אם... בדמיוני אני רואה מופת של אם ואשה, ואין אני מוצאת אף שמץ ממופת זה באשה זו שאני חייבת לקרוא לה אמא". בהערות שנכתבו בשלב מאוחר יותר, ככל הנראה בעת קריאה מחודשת של היומן, הרגישה אנה פרנק חרטה, וחשבון נפש הביא להבנה וניסיון לגשר על הפערים עם האם.
הכרונולוגיה של הרישומים ביומן נקטעה על ידי עריכות של הכותבת. במקביל מורגש הביטחון ההולך וגובר של אנה פרנק ביכולת כתיבתה. ניכר גם מעבר מתיאור הנרטיב של החיים במחבוא והכללת "דיון" של אנה פרנק ברגשות אישיים ושאיפות לעתיד. בתחום זה מביעה אנה רצון לחרוג ממגבלות וממוסכמות חברתיות ומדרך החיים של אמה ולעצב את חייה ככותבת היוצרת שם לעצמה. במקביל עסקה כתיבתה של אנה פרנק בנושאים מופשטים כגון טבע האדם והאמונה באל. מקום מיוחד שמור להתגבשות ההכרה הלאומית–דתית של אנה, כבת לעם היהודי. כך ברישום מיום 11 באפריל 1944:
חייהם של המסתתרים היו קשים גם בשל המזון שבהדרגה הלך ונעשה דל, וגם קשיים בשמירה על היגיינה אישית. החל משנת 1943 חלה הרעה בתנאי המסתתרים, ארוחת הבוקר הייתה לא יותר מלחם יבש ותחליף קפה, ארוחת הצהריים – תרד או חיטה ותפוחי אדמה קטנים ורקובים למחצה. ביומנה חוזרת ומביעה אנה תסכול מהידרדרות תנאי המחיה במחבוא. בחודש מאי 1944 חלה הידרדרות נוספת. כפית דייסה ותרד מבושל למחצה היו כל מזונם של דיירי המסתור. כדי להסיח דעתה מהרעב השתדלה אנה להעסיק את עצמה. היא קראה ספרים והקפידה על כתיבה קבועה ביומן.
ביום 15 ביולי 1944, כשלושה שבועות לפני מאסרה, כתבה אנה פרנק ביומן את אמירתה המפורסמת ביותר:
. הפסקה בה מופיע המשפט מציגה תמונה מורכבת על חיי אנה פרנק ובהמשך גם על מורשתה.
הרישום האחרון ביומן, שהוא העדות הראשית לאירועים במחבוא, הוא מיום 1 באוגוסט 1944.
המאסר.
בבוקר של 4 באוגוסט 1944, פרצו למחבוא שוטרים ממשטרת הסדר (בגרמנית: Ordnungspolizei, הייתה ידועה בקיצור אורפו), שפעלו על סמך הלשנה של אדם שנותר אלמוני עד היום. בראש הכוח עמד אוברשארפיהרר אס אס (סמל) קרל סילברבאואר, איש האס דה ואיתו עוד 3 קציני משטרה הולנדים. משפחת פרנק ושאר דיירי המחבוא נלקחו למטה הגסטאפו ומשם הועברו, לאחר חקירה, לבית מעצר בו שהו יומיים ולאחר מכן הועברו למחנה המעבר המשטרתי ליהודים וֶסְטֶרְבּוֹרְק.
בראיון שנתן לעיתונות ההולנדית בשנת 1964 הודה סילברבאואר בחלקו במעצר אנה פרנק ומשפחתה. הוא טען כי שמו של המלשין שהסגיר את המסתתרים לגסטאפו אינו ידוע לו וכי מפקדו הישיר באותה תקופה התאבד עם כניעת גרמניה הנאצית. עם זאת הוא זכר היטב את אירוע המעצר. לדבריו, שאל את אוטו פרנק כמה זמן שהו במחבוא, ותשובתו של פרנק כי התחבאו במשך שנתיים וחודש הדהימה אותו. אוטו פרנק הראה לו סימנים שנחרטו על קיר המחבוא ותיעדו את צמיחתה לגובה של אנה פרנק. סילברבאואר סיפר כי פנים אל פנים נראתה אנה פרנק מבוגרת ויפה יותר מהנראה בתמונותיה וציין כי בעת המעצר הוא אמר לאוטו פרנק "יש לך ילדה מקסימה".
במאמר שפרסם ברונו בטלהיים, פסיכואנליטיקאי ופסיכולוג ילדים יהודי-אמריקאי, ניצול מחנות ריכוז נאציים,
בשנת 1976, בשם "הלקח שלא נלמד מאנה פרנק", נטען שסירובה של משפחת אנה פרנק להאמין באסון המתקרב גרם לכך שלא נקטו צעדים שאולי היו מצילים אותם, והוא מפרט: לדעתו היו צריכים בני משפחת פרנק ושאר המתגוררים במחבוא להתפזר למספר מקומות מחבוא ברחבי הולנד על מנת להקטין הסיכון של השמדת כל המשפחה בעת לכידה, לדבריו היו צריכים בני משפחת פרנק לנקוט צעדי הגנה גם בתוך המחבוא כגון פתיחת דרך-דלת מילוט ואף השגת כלי-נשק כך שכאשר כלו כל הקיצין היו נלחמים על נפשם. ברונו בטלהיים טוען במאמרו כי כישלונו של אוטו פרנק להגן על משפחתו כראוי נובע מאי יכולתו להאמין בקיום מנגנון ההשמדה הנאצי.
חידת זהות המלשין.
סימן שאלה תלוי עד היום לגבי זהות המודיע האלמוני שהביא את הגסטאפו למחבוא. החשד המיידי נפל על איש הניקיון במחסן בית החברה אליו הוצמד המחבוא, וילם ואן מארן. הסקרנות והעניין שגילה סביב המחבוא ונסיונותיו לגלות את המתרחש במקום ודבריו למיפ חיס כי הוא בעל קשרים בגסטאפו ביססו את החשד כי הוא המלשין. בחקירה ראשונה שנערכה בשנת 1948 סיפר ואן מארן כי הוא אכן חשב שדבר מה משונה מתרחש בבנין החברה אך נוקה מהאשמה על ידי החוקרים מחוסר ראיות לכך שאכן מסר מידע לגסטאפו. בהליך משפטי שנערך בשנת 1949 הוא נוקה לחלוטין מאשמה. למרות זאת שמו עלה שוב כחשוד בוועדת חקירה שחידשה את הבדיקה בשאלת זהות המלשין בשנת 1963 לאחר שהקצין הגרמני קרל סילברבאואר אותר. הגרמני לא הצליח למסור מידע חדש ולא יכול היה לשפוך אור על הפרשה. ואן מארן המשיך לטעון לחפותו עד ליום מותו בשנת 1971. חשודה אחרת הייתה לנה הרצוג, שהייתה עובדת ניקיון במחסן. אין ספק כי הרצוג ידעה שבבנין מסתתרים אלמונים. בספר משנת 1998 מצביעה ההיסטוריונית האוסטרית מליסה מולר בספרה "הביוגרפיה של אנה פרנק" על כך שהיא המלשינה. טענה זו נדחתה על הסף על ידי הביוגרפית של אוטו פרנק, קרול אן לי, וגם על ידי מיפ חיס.
תאוריה דרמטית הועלתה על ידי ההיסטוריונית קרול אן-לי בספרה משנת 2000, לפיה משתף פעולה עם הנאצים בשם טוני אהלרס פגש באקראי את אוטו פרנק בשנת 1941 וסחט אותו על בסיס שמועה שאוטו פרנק הביע סלידה מהשלטון הנאצי בגרמניה. על פי המחקר המשיך אהלרס לסחוט את אוטו פרנק במשך זמן רב לאחר המלחמה. הבסיס לסחיטה – על פי החוקרת – הוא שאוטו פרנק מכר בתחילת המלחמה פקטין לגרמניה הנאצית, חומר ששימש את התעשייה הצבאית הגרמנית. קרול אן לי טוענת בספרה כי טוני אהלרס נהג לתצפת על בית המסתור ואף פרץ למשרדי החברה על מנת לאסוף מידע שמסר לבסוף לידי הגסטאפו, ובכך הביאה לפתיחת חקירה נוספת בשאלת זהותו של האלמוני בשנת 2003 על ידי המכון ההולנדי לתיעוד מלחמתי (בהולנדית: Nederlands Instituut voor Oorlogsdocumentatie). את האשמה דחתה אשתו של אהלרס (שנפטר בשנת 2000) אך אחיו ובנו טענו בעדותם כי ידוע להם שטוני אהלרס הוא האדם שהוביל את הגסטאפו למחבוא של משפחת פרנק. עם זאת העדר ראיות התומכות בעדויות שמיעה אלו לא איפשר לחוקרים ההולנדים להגיע למסקנות בנוגע לזהות המלשין.