Entre 1937 et 1941, le Fort de Pré-Giroud est construit pour interdire le passage du col de Jougne et soutenir la défense de la frontière pendant la Seconde Guerre mondiale. La ligne ferroviaire Vallorbe-Pontarlier est fermée en 1939 et ne sera jamais rouverte, les voies étant démontées pendant la guerre. En mai 1940, l'armée française fait sauter le tunnel du Mont-d'Or, qui ne rouvrira que le 24 janvier 1945. En juin 1940, plusieurs centaines de réfugiés militaires et civils venant de France sont accueillis temporairement à Vallorbe, au Day et à Ballaigues. Le 25 septembre 1944, des officiers de la d'infanterie américaine débarquée en Provence se présentent au poste de frontière de Vallorbe. En , après avoir obtenu des Allemands qu'ils le conduisent en Suisse, et du gouvernement suisse qu'il l'accepte sur son territoire, le maréchal Pétain demande à regagner la France. Le 24 avril, les autorités suisses lui font rejoindre la frontière, puis il est remis aux autorités françaises le 26 avril au poste frontière de Vallorbe où le général Kœnig le prend en charge. Le maréchal Pétain est alors conduit en convoi automobile jusqu'à la gare des Hôpitaux-Neufs - Jougne, distante de quelques kilomètres, où un train spécial le ramène de nuit à Paris. Il est condamné à la peine de mort. Sa peine est commuée en emprisonnement à perpétuité par le général de Gaulle.En 1950, le Parti socialiste obtient la majorité absolue des sièges au conseil communal, le législatif de la commune et la conserve pendant deux législatures, jusqu'en 1957. Il s'agit à ce jour de la seule période où la gauche a été majoritaire à Vallorbe.