ต่อมาในปี พ.ศ. 2483 ประเทศฝรั่งเศสแพ้สงครามต่อประเทศเยอรมนี ทำให้แสนยานุภาพทางทหารลดลง จอมพล ป. พิบูลสงคราม นายกรัฐมนตรีในขณะนั้น ได้ยื่นข้อเสนอเรียกร้องดินแดนที่เสียไปในสมัยรัชกาลที่ 5 คืนจากฝรั่งเศส ซึ่งฝรั่งเศสปฏิเสธและมีการเคลื่อนไหวทางทหาร ที่ทำให้เกิดสงครามพิพาทอินโดจีนระหว่างไทยกับฝรั่งเศสขึ้นในปี พ.ศ. 2484 ประเทศไทยได้รับชัยชนะในการรบตลอด 22 วัน กระทั่งประเทศญี่ปุ่นที่เป็นมหาอำนาจในขณะนั้นเสนอตัวเป็นตัวกลางไกล่เกลี่ย และฝรั่งเศสได้ตกลงคืนจังหวัดไชยบุรี จำปาศักดิ์ เสียมราฐ และพระตะบองให้กับไทย ตาม อนุสัญญาโตเกียว ทำให้ปราสาทพระวิหารกลับมาอยู่ในดินแดนไทยอย่างสมบูรณ์ ต่อมาเกิดสงครามโลกครั้งที่ 2 รัฐบาลไทยประกาศเป็นพันธมิตรกับญี่ปุ่น ประกาศสงครามกับฝ่ายสัมพันธมิตร และต่อมาญี่ปุ่นเป็นฝ่ายแพ้สงคราม ประเทศไทยต้องรักษาสถานะตัวเองไม่ให้เป็นฝ่ายแพ้สงครามตามญี่ปุ่น และต้องการเข้าเป็นสมาชิกสหประชาชาติ จึงตกลงคืนดินแดน 4 จังหวัดให้ฝรั่งเศส ทำให้ปราสาทพระวิหารกลับไปอยู่บริเวณชายแดนไทย-กัมพูชา ต่อมาในปี พ.ศ. 2497 ฝรั่งเศสแพ้สงครามต่อเวียดนามที่เดียนเบียนฟู ต้องถอนทหารออกจากอินโดจีน ประเทศกัมพูชาได้รับเอกราชตามสนธิสัญญาเจนีวา และไทยได้ส่งทหารเข้าไปรักษาการบริเวณปราสาทพระวิหารอีกครั้ง