Da 2. verdenskrig startet var Banach president i Polens matematiske selskap og professor ved Universitetet i Lwow. Siden han var korresponderende medlem av Vitenskapsakademiet i Ukraina og på god fot med sovjetiske matematikere, fikk han beholde stillingen sin til tross for Sovjetunionens invasjon av byen i 1939. Banach overlevde den påfølgende brutale tyske okkupasjonen fra juli 1941 til februar 1944. Helsen hans ble dårligere under okkupasjonen, og han utviklet lungekreft. Etter krigen ble Lwow innlemmet i Sovjetunionen, og Banach døde der. Han er gravlagt ved Lychakivskyj-gravplassen.