I 1939 ble Kammhuber oberst og vendte tilbake til aktiv militær tjeneste. Under mobiliseringen samme år ble han stabssjef for 2. luftflåte under general Hellmuth Felmy. I mars 1940 ble han kommodor for 51. kampskvadron («Edelweiss-skvadronen»). Under slaget om Frankrike havnet han i fransk krigsfangenskap og kom fri etter fire uker. Han ble etter dette knyttet til Luftwaffes overkommando.