С 1936 по 1941 год в Киеве строилась система железнодорожных тоннелей под Днепром, однако её строительство было прервано войной. В дальнейшем её недостроенные составляющие были частично затоплены, а оставшиеся материалы стали основой для первых станций Киевского метрополитена. 22 июня 1941 года управление КОВО выделило полевое управление Юго-Западного фронта. Управление КВО продолжало работать под руководством генерал-лейтенанта В. Ф. Яковлева. Партийные организации города с начала войны направили в войска более 30 тысяч коммунистов. 11 июля начались бои на ближних подступах к городу. См. Киевская операция и Оборона Киевского укреплённого района. 19 сентября 1941 года 37-я армия РККА, оборонявшая город, оставила его и начала пробиваться из окружения. В этот же день в Киев вступили войска 6-й немецкой армии. Более 70 дней продолжалась оборона города. Немецкая армия потеряла здесь более человек. В 1941—1943 годах в районе Бабьего Яра находился Сырецкий лагерь смерти. За время оккупации здесь было расстреляно более 100 тысяч жителей города Киева и военнопленных. 3 ноября 1943 года войска 1-го Украинского фронта начали Киевскую наступательную операцию. 5 ноября 1943 года с утра вермахт начал отвод войск из города. К утру 6 ноября столица Советской Украины Киев был освобождён Красной армией.