Zu Beginn des Zweiten Weltkriegs kommandierte er als Oberstleutnant die 13th Infantry Brigade. Während der Schlacht um Dünkirchen 1940 wurde er mit dem Distinguished Service Order ausgezeichnet. Im Dezember 1942 wurde er zum Generalleutnant befördert und übernahm den Befehl über das britische XIII. Korps während des Afrikafeldzugs. Er arbeitete bei der Planung der Invasion Siziliens im Juli 1943 mit und leitete dabei den Angriff seines Korps. Später führte Dempsey das Korps auch bei der Invasion auf dem italienischen Festland über die Straße von Messina. Seine Truppen stießen mehr als 300 Meilen nach Norden vor, bevor sie sich mit den US-Truppen bei Salerno vereinigten.