Auch nach der Landung der Alliierten 1943 in Sizilien und der Absetzung Mussolinis konnte Dohrn als Direktor des Instituts in Neapel bleiben, allerdings hatte er mit vielen Problemen zu kämpfen. Seine private Villa wurde bei Luftangriffen auf Neapel beschädigt, während das Institut weitgehend unbehelligt blieb, aber mit wirtschaftlichen Schwierigkeiten zu kämpfen hatte. In den letzten Kriegstagen ging er mit seiner Familie nach Sorrent, die Arbeit des Instituts wurde von seinen italienischen Mitarbeitern weitergeführt. Allerdings gerieten die Wasserbecken mit der Meeresfauna durch die Zerstörung des Neapolitaner Elektrizitätswerks in Gefahr und konnten nur mit Mühe durch institutseigene Generatoren funktionsfähig gehalten werden. Nach einer kurzen Zeit der Beschlagnahmung durch die Amerikaner wurde die wissenschaftliche Arbeit, auch mit Hilfe von Geldern der Royal Society of London, der Rockefeller-Stiftung, der UNESCO und von Zuschüssen der amerikanischen Militärregierung fortgesetzt.