עם סיום לימודיו הצטרף דייק סלייטון לחיל האוויר. במשך שלוש שנים עבר הכשרה ראשונית ובאפריל 1943, קיבל כנפי טיסה. במהלך מלחמת העולם השנייה, נשלח סלייטון לאירופה, שם השתתף בחמישים ושש משימות קרביות במפציצים בינוניים. בשנת 1944, חזר לארצות הברית ושימש כמדריך טייס בקרוליינה הדרומית, ולאחר מכן שירת ביחידה מיוחדת. באפריל 1945 נשלח לאוקינאווה, ביפן, שם הטיס מטוסי קרב עד לכניעתה של יפן במלחמה.