1940年6月には、同年3月のエドゥアール・ダラディエの辞任により新たに首相に就任したポール・レノー率いる新内閣の国防次官兼陸軍次官に任命され、フランス軍史上最年少の49歳で少将となった。ドイツ軍によるフランス侵攻に対するイギリス軍の協力を得るためロンドンに飛び、ウィンストン・チャーチル戦時内閣と交渉を開始する。その中で、合法的に英仏連合軍の指揮権の統合と亡命的性格の政策、英仏連合（フランスとイギリスとの政治統合構想）に奔走した。イギリス側の閣議決定後、フランス政府の避難先ボルドーに向かったがレノー内閣は英仏連合の案件と休戦派の圧力で総辞職し、次官職を解かれた。6月15日に首都パリが陥落した。やむなくド・ゴールは、イギリスへ召還された連合軍顧問の英陸軍将校スピアーズ将軍（Edward Spears）に同伴して亡命することを決断した。そしてロンドンに亡命政府「自由フランス」を結成し、BBCラジオを通じて、対独抗戦の継続とヴィシー政権への抵抗をフランス国民に呼びかけた。こうした情報戦をアンドレ・ドゥヴァヴラン（パッシ大佐）がさらに展開した。彼は、ロスチャイルド家と古くから姻戚のヴォルム銀行（Banque Worms）を代理する立場にあった。ヴィシー政権の主要な閣僚は同行から出ていた。翌1941年10月25日ド・ゴールはジャン・ムーランと会見、ひとつの大きな組織「レジスタンス国民会議」を作るためムーランを極秘でフランス本土に派遣する。同年、エルヴェ・アルファンがド・ゴールの経済顧問となり、ヴォルムとロスチャイルドの共同出資によりSNPA（エルフ・アキテーヌの前身。いわゆるFRANCAREP）が設立された。パッシ大佐はSNPAの監査役となった。ドゴールは自ら自由フランス軍を指揮してアルジェリア、チュニジアなどのフランスの植民地を中心とした北アフリカ戦線で戦い、対独抗戦を指導した。しかし、仏領インドシナやマダガスカルをはじめとする植民地やフランス本国のフランス軍の多くは、中立を維持するかヴィシー政権に帰属した。その後、自由フランス軍は連合国と共同でフランス植民地のガボン、マダガスカルを攻略した。1942年にはアルジェリアのフランソワ・ダルラン大将が連合国側につき、北アフリカのフランス主席となったが暗殺された。この暗殺の背後にはド・ゴールの関与があったという説もある。アンリ・ジロー大将がダルランの後継となり、ド・ゴールとフランスを代表した。
ヴェルダン戦の経験からド・ゴールは、これからの戦争は塹壕戦ではなく、機動力のある戦車や飛行機を駆使した機械化部隊による電撃作戦になることを論じ、いくつかの著書の中でそのことに言及した。この見解は、ペタンらフランス軍の主流派には受け入れられなかった。その後、皮肉にもドイツ軍が積極的に採用している。1939年9月に第二次世界大戦が勃発した。まやかし戦争と呼ばれるにらみ合いのあと、1940年5月にドイツ軍のフランス侵攻が始まった。「マジノ線」をドイツ軍は機動力のある装甲部隊で迂回し、フランス軍はわずか1か月間で敗北した。開戦直後の5月15日、ド・ゴール大佐は新編の第4機甲師団長に任命されており、そこで戦車の集中運用を行った。ソンム県アブヴィル近辺の反撃では、ソンム川南岸の敵橋頭堡3つのうち2つまでを取り返した。その後まもなくド・ゴールは陸軍次官に任命され、部隊の指揮を離れた。
戦後ポーランドの軍事顧問となり、同国へ赴任した。当時ポーランドは革命ロシア赤軍の侵攻を受けており、首都ワルシャワまで迫られていた（ポーランド・ソビエト戦争）。ド・ゴールはこの戦いで活躍し、「ポーランド軍少佐」の称号を得るとともに、ポーランド政府から勲章も授与された。1921年、ド・ゴールは帰国し、サン・シール陸軍士官学校の軍事史担当教官として勤めた。同年4月7日、イヴォンヌ・ヴァンドルー（Yvonne Charlotte Anne Marie Vendroux）と結婚した。この年、弟ピエール・ド・ゴールがユニオン・パリジェンヌへ入行した。1922年11月、ド・ゴールがフランス陸軍大学校へ入学した（1924年10月卒業）。そして数年の間ペタンに買われ軍事教育を担い、「戦闘行為と指揮官」という特別講演も行った。1926年、レイモン・ポアンカレ内閣が預金供託金庫と別個の独立償却金庫を廃して「国防証券管理・たばこ産業経営・公債償却のための独立金庫」を創設し、旧オスマン帝国領から莫大な財源を得た。1929年11月、ド・ゴールがベイルートキャンプで軍事情報を管理した。1931年11月、パリの軍事最高会議事務局に入る。1932年、ド・ゴールは中佐となり、軍事最高会議事務長に就任した。1934年に『機甲化軍にむけて』、1938年に『フランスとその軍隊』を執筆した。アドルフ・ヒトラーはド・ゴールの著書『職業的軍隊を目指して』を読み感銘を受けたが、著者はアンリ・ジローだと勘違いしていた。前後して、1934年にはエルヴェ・アルファンがオスマン債務管理局の廃止されたトルコに派遣されている。
広島平和記念公園内で被爆による無縁仏を葬るための原爆供養塔が1955年に完成して間もない頃、同公園内の原爆死没者慰霊碑へは多くの拝礼者が訪れる一方、この原爆供養塔にはほとんど拝礼者がおらず、雑草が伸び放題など荒れ放題であった。このことから佐伯は供養塔へ日参と、塔周辺の落ち葉拾い、草むしり、わずかに訪れた人々が生けた花の手入れなどの清掃活動を始めた。母の残りの遺体や、まだ発見されていない親族の遺体がこの供養塔に眠っているかもしれないと考えたためでもあり、前述のように、かつての原爆投下直後、助けを求める多くの負傷者に何もできなかったことへの後悔、死没者たちへの謝罪、死没者たちの言葉があるならそれを聞き取りたいとの思い、「犠牲者の声なき声を伝えることが、あの日を知るものの務め」と考えたことなども動機であった。供養塔での清掃活動時の服装は、常に黒い喪服を着用した。毎月6日は被爆による死没者たちの月命日として、僧を呼んで供養塔の前で供養することを慣わしとし、8月5日の夜には供養塔のそばでろうそくを灯して通夜を勤めた。すでに息子たち宛ての遺書も完成しており、広島市内に訪れる場所もない佐伯は、長くないであろう自分の余生を、供養塔に眠る死没者たちの謝罪に費やそうと決心していた。前述のようにすでに病気に侵された体でありながら、佐伯は自宅を発ち、バスで約1時間かけての日参を、ほぼ毎日続けた。誰から依頼されたわけでもない奉仕であったが、ほとんど毎日の日々を供養塔の清掃に費やしている佐伯を、市に雇われて給料を得ていると思っている者も多かったという。1969年（昭和44年）、中国放送で原爆供養塔の遺骨の遺族捜しのラジオ番組が放送されており、その中で読み上げられた死没者の名前に夫の両親の名前があったことから、遺骨が供養塔に眠っていたことが判明した。これにより、佐伯らは無事、義父母の遺骨を引き取ることができた。この義父母の遺骨の引き取りを機に、供養塔のためにずっと家族を蔑ろにしてきた佐伯は、供養塔での奉仕をやめて家庭に戻ることを考えた。しかし三男から「自分の家族が見つかったからやめるのはおかしい」「この大切なことを誰から誉められなくても続けてきたのだから、やめてはいけない」と強く勧められ、その後も供養塔での奉仕を続けた。