I løpet av den andre verdenskrig gikk Italia med i aksemaktene, og brukte Dodekanesene som en marinebase for landets invasjon av Kreta i 1940. Etter at Italia overga seg i september 1943, ble øyene slagmark mellom det nasjonalsosialistiske Tyskland og de allierte styrkene, inkludert italienere; se slaget ved Leros. Tyskerne sto imot de alliertes angrep på Dodekanesene til tross for at de ble fordrevet fra det greske fastlandet i 1944 og øyene forble okkupert fram til slutten av krigen i 1945. I løpet av denne tiden ble bortimot hele den jødiske befolkningen på rundt 6000 deportert og myrdet. Kun 1 200 av disse jødene overlevde ved å rømme til kysten av Tyrkia.