Under andre verdenskrig ledet Dufek en flygetrenings-skvadron, tjenestegjorde som senior marineflyger i Algerie under invasjonen i Nord-Afrika og deltok under planleggingen av invasjonene på Sicilia og ved Salerno. Etter forfremmelse til kaptein deltok han i planleggingen av invasjonen i Sør-Frankrike. I september 1944 overtok han kommandoen av eskortehangarskipet USS «Bogue» som senket den siste tyske ubåten som gikk tapt i andre verdenskrig.