Im März 1943 wurde Hansell zum Leiter des Komitees ernannt, das den Plan für die Combined Bomber Offensive der Alliierten ausarbeiten sollte. Danach zwischenzeitlich im Stab des Chief of Staff to the Supreme Allied Commander (COSSAC) tätig, wurde er nach der Aufstellung der "Allied Expeditionary Air Force" unter dem Briten Trafford Leigh-Mallory im August 1943 für den Posten als dessen Stellvertreter ausgewählt. Im Oktober 1943 ging er jedoch zurück nach Washington, um als Planer im Joint Planning Staff der Army Air Forces tätig zu werden. Nach der Kairo-Konferenz wurde er zum stellvertretenden Chef des Air Staff ernannt, als welcher er direkt unter Henry H. Arnold arbeitete. In dieser Rolle arbeitete er Pläne für den Einsatz von B-29-Langstreckenbombern gegen Japan von den Marianen-Inseln aus. Ab April 1944 fungierte er als Chef des Stabes der zu diesem Zweck aufgestellten Twentieth Air Force und vertrat Arnold nach dessen Herzinfarkt im Mai zeitweise als De-facto-Kommandeur. Im August 1944 übernahm er das auf den Marianen stationierte "XXI. Bomber Command" der Twentieth Air Force. Nach längeren Auseinandersetzungen mit seinem Nachfolger im Air Staff Lauris Norstad über angeblich fehlende Ergebnisse der von ihm favorisierten Präzisionsangriffe wurde er im Januar 1945 von diesem abgesetzt und durch Curtis E. LeMay ersetzt. Er diente danach nur noch auf untergeordneten Positionen. Im Dezember 1946 schied er aufgrund seines nachlassenden Gehörs aus dem Dienst.