Sans avoir eu l'occasion de combattre lors de la bataille de France, il est muté en novembre 1940 à Rayak où il rejoint les forces françaises libres à l'issue de la campagne de Syrie. Volontaire pour servir dans une unité combattante, il est incorporé au Groupe de bombardement Lorraine lors de la constitution de celui-ci. Au sein du groupe, François Rozoy, en équipe avec Raymond Roques, prend part à la guerre du désert dans le ciel de la Libye. De novembre à décembre 1941, le "Lorraine" bombarde un grand nombre de convois ennemis et joue un rôle déterminant en janvier 1942 dans la conquête du col d'Halfaya. Se distinguant particulièrement au cours de cette campagne, le sous-lieutenant Rozoy est gratifié d'une citation à l'ordre de l'armée. Destiné à être employé sur le front de l'ouest, le groupe Lorraine est déplacé en Angleterre où ses hommes sont formés aux commandes de Douglas A-20 Havoc. Le 14 janvier 1944, lors d'une mission de bombardement sur les côtes françaises, l'appareil de François Rozoy est touché par des tirs ennemis. Blessé, ainsi que ses deux mitrailleurs, il parvient cependant à maintenir en vol son appareil endommagé et à retraverser la Manche. Malgré deux éclats d'obus fichés dans l'épaule, il reprend le combat un mois plus tard pour être de nouveau touché par la flak le 15 février dans le ciel de Cherbourg. Le 6 juin 1944, François Rozoy participe au débarquement de Normandie, le groupe Lorraine étant chargé d'émettre des écrans de fumée sur les côtes du Cotentin pour protéger les troupes alliées. Il suit ensuite le mouvement des troupes alliées à travers l'Europe. Une nouvelle fois blessé en février 1945, il réussit à nouveau à ramener son avion endommagé à la base. Après une série de missions en Allemagne à partir de mars 1945, la guerre se termine pour François Rozoy qui totalise alors 109 missions de guerre.