一方、領土を大きく削られたルーマニアでは国民の政府への不満が高まり、1940年9月6日にクーデターが発生し国王カロル2世が追放され、まもなくドイツの侵攻をうけ親独政権が樹立された。ルーマニア王国は日独伊三国同盟に加盟し、1941年6月22日に始まったバルバロッサ作戦では枢軸国としてソビエト連邦侵攻に参加し、「失地の奪還」に成功した（第二次世界大戦下のルーマニアも参照）。これによりモルダヴィアSSRは消滅し、ルーマニアは同地にを設置した。戦況は当初枢軸国が優位ではあったが、やがて劣勢となり始め、ルーマニアは1944年8月23日にソビエト連邦の攻撃を受け降伏した（ヤッシー＝キシニョフ攻勢）。ルーマニアは占領した領土をソビエト連邦へ返還し、モルダヴィアSSRが復活した。