În timpul celui de-Al Doilea Război Mondial a servit în Royal Air Force ca instructor de radar și a fost implicat în funcționarea primelor sisteme defensive radar care au contribuit la succesul RAF-ului în timpul Bătăliei Angliei. Clarke și-a petrecut cea mai mare parte a războiului lucrând la radarul pentru controlul de apropiere, după cum scrie în romanul său semi-autobiografică "Glide Path". Deși acest sistem nu și-a dovedit utilitatea practică în timpul războiului, a fost vital în timpul blocadei Berlinului dintre 1948–1949. La început, Clarke a fost caporal instructor la No 9 Radio School RAF Yatesbury din Wiltshire, fiind avansat ca ofițer tehnic pe 27 mai 1943 și ofițer de zbor pe 27 noiembrie 1943. A devenit instructor-șef la RAF Honiley din Warwickshire și a fost lăsat în rezervă cu rangul de locotenent de zbor. După război, a obținut o diplomă în matematică și fizică la King's College London.