Fra 1940, da Italia gikk inn i andre verdenskrig som allierte av det nasjonalsosialistiske Tyskland, måtte Leros tåle bombeangrep fra det britiske flyvåpen. Ettersom øya ga den beste ankerplassen for krigsskip var øya den som ble nest mest bombet under krigen (etter Kreta). Den 8. september 1943 da Italia ikke lenger ikke følge Tyskland signerte landet våpenstillstand og gikk med på de alliertes side. Etter Italias våpenstillstand gikk britene sammen med den greske hellige bataljon i land på Leros og de andre øyene i nærheten. Det førte til at tyske bombefly bombet øyene. Ved et av de største angrepene ble det greske flaggskipet «Dronning Olga» senket den 26. september 1943 sammen med «HMS Intrepid» mens de lå oppankeret i Portolago. Etter bortimot 50 dager med bombeangrep gikk tyskerne i land og okkuperte øyene i Operasjon Taifun mellom 12. og 16. november 1943. Øyegruppen forble tyskokkupert fram til krigens slutt i 1945. Tysklands kapitulasjon forble øya okkupert av Storbritannia fram til mars 1948 da Leros og resten av øyene til sist ble forent med Hellas. Leros ble forent med Hellas rundt 700 år etter at bysantinsk styre var over.