עם פרוץ מלחמת העולם השנייה, השתתף ביטריך עם רגימנט האס אס לייבשטנדרטה במערכה בפולין תחת פיקודו של יוזף דיטריך. בינואר 1940 מונה ביטריך למפקד רגימנט דויטשלנד, ופיקד עליו במהלך הקרב על צרפת, וב-1 בספטמבר 1940 הועלה לדרגת אס אס אוברפיהרר. ב-15 באוקטובר 1941 מונה ביטריך למפקד דיוויזיית האס אס ה-2, והשתתף עימה בקרב על מוסקבה, וב-19 באוקטובר 1941 הועלה לדרגת בריגדפיהרר. מקיץ 1942 עד פברואר 1943 פיקד ביטריך על דיוויזיית האס אס ה-8 והשתתף עימה בפעולות לחימה כנגד הפרטיזנים בברית המועצות. ב-15 בפברואר 1943 הוטל על ביטריך להקים את דיוויזיית האס אס ה-9, שעליה פיקד בקרבות באוקראינה, ולאחר מכן בצרפת, וב-1 במאי 1943 הועלה לדרגת גרופנפיהרר. ב-1 ביולי 1944 מונה ביטריך למפקד קורפוס הפאנצר אס אס השני, ופיקד עליו בקרבות בנורמנדי, בארנהם ומאוחר יותר בהונגריה, וב-1 באוגוסט 1944 הועלה לדרגת אובר-גרופנפיהרר.