Den 1 april 1938 blev Voss kommendant vid marinens 3. underofficersutbildningssektion, blev den 23 augusti 1939 amiralstabsofficer vid Marinkommando Ost och utnämndes den 1 november 1939 till Kapitän zur See. Mellan november 1939 och januari 1942 var Voss chef för kommandoavdelningen vid marinkommandot vid Oberkommando der Kriegsmarine, blev den 5 oktober 1942 befälhavare på kryssaren "Prinz Eugen", blev den 1 mars 1943 ständig representant för marinens överbefäl vid Führerhögkvarteret och utnämndes samma dag till konteramiral. Voss sårades vid 20 juli-attentatet 1944. Han befordrades till viceamiral den 1 augusti 1944 och under slutskedet av kriget var Voss storamiral Karl Dönitz' representant hos Hitler i Berlin. Voss flydde från rikskansliet den 27 april 1945 och tillfångatogs av sovjeterna den 30 april. Den 3 maj fick han på ryssarnas begäran identifiera liken efter Joseph Goebbels och dennes familj. Voss frigavs från krigsfångenskapen i januari 1955.