Während der Zeit des Nationalsozialismus schloss sich Walter Bauer der oppositionellen Bekennenden Kirche an und war dort in der vorläufigen Leitung tätig. Ebenso wurde er Mitglied des Freiburger Bonhoeffer-Kreises. 1942 beteiligte er sich an der Ausarbeitung der Denkschrift "Politische Gemeinschaftsordnung" des Bonhoeffer-Kreises. Nach dem Hitler-Attentat vom 20. Juli 1944 wurde Walter Bauer festgenommen und von der Gestapo gefoltert. Er wurde wegen Hoch- und Landesverrats vor dem Volksgerichtshof angeklagt und saß von Oktober 1944 bis April 1945 in Haft. Zu einer Verurteilung kam es aufgrund der Kriegswirren nicht mehr.