Toisessa maailmansodassa hän oli 10. armeijan esikuntapäällikkönä Puolassa, Alankomaissa ja Belgiassa. Länsirintaman hyökkäykseen mennessä se oli numeroitu uudelleen kuudenneksi armeijaksi. Paulus ylennettiin kenraaliluutnantiksi elokuussa 1940, ja hän oli pääesikunnan varapäällikkönä mukana suunnittelemassa hyökkäystä Neuvostoliittoon. Helmikuussa 1942 hänet nimitettiin kuudennen armeijan komentajaksi.