Bei Ausbruch des Zweiten Weltkrieges kehrte er als Chef des Marinegeheimdienstes "Service de Renseignement Marine" (SR Marine) zur Marine zurück, wurde aber entlassen, nach dem sich nach der Niederlage Frankreichs im Sommer 1940 das Vichy-Regime unter Henri Philippe Pétain etabliert hatte. Pétain ersetzte D'Astier durch Admiral François Darlan, der den SR Marine in centre d’information gouvernemental (CIG) umbenannte, seine Zentrale nach Maintenon verlegte und aus dem Nachrichtendienst eine Kollaborationsbehörde machte.