כשעלה היטלר לשלטון ב-1933 נשאה מייטנר בעמדה בכירה בפקולטה למדעים באוניברסיטת ברלין. כאזרחית אוסטרית, היא לא נאלצה לעזוב את משרתה ואת ביתה כשאר עמיתיה היהודים, בכללם אחיינה הפיזיקאי אוטו פריש (Otto Frisch). היא התעלמה מהמתרחש סביבה והשקיעה את מלוא זמנה ומרצה במחקריה. היא נשארה בתפקידה עד 1938, אז סופחה אוסטריה לגרמניה ומעמדה כאזרחית זרה חדל מלהגן עליה. באותה תקופה סייעה לפיזיקאית הדוויג קוהן למצוא אשרת עבודה מחוץ לגרמניה, ולאחר מכן החליטה מייטנר לקבל את הצעתו של דירק קוסטר, עמית מאוניברסיטת חרונינגן בהולנד, שקבע עבורה ראיון עבודה באוניברסיטה. לאחר שהשלטונות הנאציים אסרו עליה לצאת מגרמניה, היא נאלצה לברוח, ובעזרת עמיתה ההולנדי, שכנעה במרמה את פקידי הגבול, כי יציאתה חוקית. כעת הייתה בטוחה, אך ללא רכושה. הריאיון לא התקיים בסופו של דבר, והיא החליטה לפנות לסטוקהולם, שם קיבלה הצעת עבודה ממעבדתו של מאנה סיגבאן. במהלך שהותה בשוודיה פיתחה יחסי עבודה הדוקים עם נילס בוהר, אשר עשה את הדרך מקופנהגן לסטוקהולם בתדירות גבוהה. כמו כן, המשיכה את מחקרה עם האן ועם הצוות הגרמני באמצעות חליפת מכתבים קבועה.