Sie untersuchte die Stabilität von 5He beim Beschuss von Beryllium mit Neutronen. Als Anfang Mai 1940 der Westfeldzug der Wehrmacht begann, wurde es zu gefährlich, in Paris weiterzuarbeiten. Frédéric Curie schickte Toshiko daher nach Bordeaux. Da Toshiko in Bordeaux nicht forschen konnte, stimmte Frédéric Curie kurz darauf ihrer Rückkehr nach Paris Ende Mai zu. Nur einen Monat später wurde nach dem Waffenstillstand von Compiègne Paris besetzt und das Forschungsinstitut geschlossen. Da Frankreich recht schnell einer Gemeinschaftsforschung mit Deutschland zustimmte, konnte das Institut im September 1940 seine Arbeit fortsetzen. Toshiko begann unter Frédérics Anleitung sich mit Impuls und der Energie während des Kernzerfalls zu befassen, wozu sie Experimente in einer Nebelkammer durchführte. Im Januar 1941 starb ihr Vater.