1935년, 베를린 공과대학교에서 자이로스코프 개발에 기여한 공으로 명예 박사 학위가 주어졌고, 다음 해 육군 병기국에서 로켓 부장으로서 로켓 개발 감독으로 활동하였는데, 이는 장래 V-2 로켓의 개발로 이어졌다. 제2차 세계 대전 중인 1943년, 소장으로 승진해 페네뮌데 (Peenemünde) 육군 실험장 사령관으로 임명되었다. 도른베르거는 이 해부터 1945년까지 V-2 로켓 부대의 훈련과 보급을 담당하였으며, 1943년 9월부터 미텔베르크 (Mittelwerk) 유한회사 (有限會社) 에 참여하여, 콘슈타인 (Kohnstein)의 지하 갱도에서 미텔바우도라 (Mittelbau-Dora) 강제 수용소의 죄수를 강제 노동시켜 로켓을 생산하였다. 서부 전선에서의 V-2 로켓 투입으로, 1944년에 10월에 전쟁 공로 훈장 (Kriegsverdienstkreuz) 을 수여받았다.