Wybuch II wojny światowej 1 września 1939 r. otwiera kolejny ważny okres w dziejach Puszczy Kampinoskiej. Składają się na niego: kampania wrześniowa, długie lata niemieckiej okupacji oraz Powstanie Warszawskie 1944 r.

Od początku września 1939 r., kampinoskie lasy były miejscem znaczących dla przebiegu kampanii, wydarzeń.

Jeszcze w okresie międzywojennym w Palmirach mieściła się filia Głównej Składnicy Uzbrojenia (z wydzielonym oddziałem w Pomiechówku), gdzie w początkach września

1939 r. znajdowało się 10 % zapasów strategicznych amunicji Wojska Polskiego. Ta kluczowa dla obrony Warszawy i Modlina składnica, była jednak słabo przygotowana do odparcia ataku wroga. W związku z tym, 4 września, rozpoczęto ewakuację z Palmir i Pomiechówka. Transporty szły koleją do Dworca Gdańskiego oraz drogami dojazdowymi do Modlina i Warszawy. Szybko opróżniono mały skład w Pomiechówku. Około 10 września dostawy zostały zagrożone ze strony Niemców i dopiero po 3 dniach zorganizowano trwałą ochronę palmirskiej składnicy (ok. 4000 żołnierzy pod dowództwem podpułkownika Jana Topczewskiego). 17 września do placówki przyszedł rozkaz od generała Tadeusza Kutrzeby, aby ją utrzymać do czasu nadejścia wycofujących się z zachodu oddziałów armii „Poznań” i „Pomorze”.

W tym czasie Puszcza Kampinoska była już rejonem ostatniej fazy największej bitwy kampanii wrześniowej, bitwy nad Bzurą. W dniach 17-22 września 1939 r. cofające się znad Bzury oddziały armii „Poznań” i „Pomorze” stoczyły w lasach kampinoskich szereg walk, przebijając się w kierunku Warszawy.

Natomiast wcześniej, resztkom oddziałów armii „Łódź” pod dowództwem generała Wiktora Thommée, udało się dotrzeć do Modlina (gen. Thommée został komendantem twierdzy).

Bojowy szlak oddziałów generała Tadeusza Kutrzeby, z idącą w szpicy Grupą Operacyjną generała Romana Abrahama, znaczyły miejsca bitew: Brochów, Zamość, Demboskie Górki, Stara Dąbrowa, Dąbrowa, Czeczotki, Granica, Grabina, Borzęcin, Palmiry, Zaborów Leśny, Sieraków, Truskaw, Pociecha, Izabelin, Laski, Łomianki.

Kulminacją walk była słynna szarża pułku ułanów jazłowieckich pod Wólką Węglową

19 września 1939 r., otwierająca drogę do stolicy oddziałom armii „Poznań” i ‘”Pomorze”.

Jeśli chodzi o składnicę w Palmirach, to od 18 września broniła jej nowopowołana „Grupa Palmiry” podpułkownika Juliana Skokowskiego. 21 września na miejsce przybył z grupą piechoty generał Mikołaj Bołtuć, który objął dowództwo całości sił. Wkrótce jednak wobec odcięcia Palmir od Modlina i Warszawy, podjęto decyzję opuszczenia składnicy i przebicia się z okrążenia do stolicy. Doprowadziło to do krwawego boju pod Łomiankami 22 września (walczono nawet wręcz). Walka zakończyła się klęską oddziałów polskich. Poległo w niej 800 żołnierzy polskich, w tym sam generał Bołtuć; ok. 4000 zostało rannych i dostało się do niewoli. Ostatnim akordem walk o składnicę w Palmirach była nieudana próba jej odbicia przez 13 pułk piechoty pod dowództwem podpułkownika Alojzego Nowaka, który wykonywał rozkaz dowódcy Modlina, generała Wiktora Thomée

Na cmentarzach wojennych na terenie Puszczy Kampinoskiej pochowanych zostało ponad 9.400 żołnierzy Września 1939 r. Do liczby tej należy dołączyć żołnierzy ekshumowanych z puszczy i pochowanych na cmentarzu Wojskowym na Powązkach w Warszawie. Około 9.500 poległych we wrześniu w puszczy i na jej obrzeżach stanowi około 15 % strat Wojska Polskiego w całej kampanii wrześniowej. Szacuje się, że przy forsowaniu Bzury i na terenie Puszczy Kampinoskiej poległo około 14-15 tys. żołnierzy Wojska Polskiego (ok. 20 % strat osobowych w kampanii)