1941年3月25日，南斯拉夫王国摄政王保罗亲王签署《三国同盟条约》，加入轴心国。该举动迅速导致了贝尔格莱德大规模的群众抗议行动，空军司令杜尚·西莫维奇发动军事政变，宣布彼得二世已到亲政年龄。因此，贝尔格莱德于1941年4月6日-7日遭受了德国空军的疯狂轰炸，成千上万的居民遇难。随后，纳粹德国、意大利王國、匈牙利王國和保加利亚王國入侵南斯拉夫，建立起了一个傀儡国---克罗地亚独立国。1941年夏季和秋季，为了报复游击队的袭击，纳粹德国在贝尔格莱德实施了数次大规模屠杀。尤其是犹太人，在塞尔维亚德国军政府总督弗朗斯·博梅的命令下，大量贝尔格莱德犹太人被枪杀。在第二次世界大战中，贝尔格莱德是以米兰·内迪奇为首的傀儡政府所在地。1944年4月16日-17日，贝尔格莱德遭遇盟军轰炸，约1,600人遇害。这天恰好是东正教的复活节。1944年10月20日，共产党的南斯拉夫游击队和苏联红军解放贝尔格莱德。1945年11月29日，约瑟普·布罗兹·铁托在贝尔格莱德宣布南斯拉夫联邦人民共和国成立。1946年，德拉查·米哈伊洛维奇在贝尔格莱德被处以死刑。作为南斯拉夫社会主义联邦共和国的首都，贝尔格莱德在战后迅速发展，成为主要的工业中心。1961年，第一届不结盟运动会议在贝尔格莱德召开，铁托任会议主席。1968年，贝尔格莱德爆发大规模学生抗议活动。