หลังสงครามฝรั่งเศส-ไทยยุติ รัฐบาลไทยได้ประกาศความเป็นกลางเมื่อญี่ปุ่น บุกไทยเมื่อวันที่ 8 ธันวาคม พ.ศ. 2484 ไม่กี่ชั่วโมงหลังการโจมตี เพิร์ลฮาร์ เบอร์ ญี่ปุ่นเรียกร้องสิทธิ์ในการเคลื่อนย้ายทหารทั่วไทยไปยังชายแดน มลายูพิบูลยอมรับข้อเรียกร้องของญี่ปุ่นหลังจากการต่อต้านช่วงสั้นๆรัฐบาลปรับปรุงความสัมพันธ์กับญี่ปุ่นโดยการลงนามเป็นพันธมิตรทางทหารในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2484 กองทัพญี่ปุ่นใช้ประเทศนี้เป็นฐานในการรุกราน พม่า และมลายา^{[อย่างไรก็ตาม]} ความลังเลทำให้เกิดความกระตือรือร้นหลังจากที่ญี่ปุ่นเคลื่อนตัวผ่านแหลมมลายาใน "Bicycle Blitzkrieg" โดยมีการต่อต้านเพียงเล็กน้อยอย่างน่าประหลาดใจ^[64] เดือนถัดมา พิบูลประกาศสงครามกับ อังกฤษ และ สหรัฐอเมริกาแอฟริกาใต้และนิวซีแลนด์ประกาศสงครามกับไทยในวันเดียวกันออสเตรเลียตามมาไม่นานหลังจากนั้น^[65] ทุกคนที่ต่อต้านพันธมิตรญี่ปุ่นถูกไล่ออกจากรัฐบาลของเขาปรีดี พนมยงค์ ได้รับแต่งตั้งให้รักษาการผู้สำเร็จราชการแทนพระองค์ในโอกาสที่พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวอานันทมหิดลเสด็จสวรรคต ในขณะที่ดิเรก ชัยนาม รัฐมนตรีต่างประเทศคนสำคัญซึ่งสนับสนุนการต่อต้านญี่ปุ่นอย่างต่อเนื่อง ถูกส่งตัวไปโตเกียวในฐานะทูตในเวลาต่อมาสหรัฐอเมริกาถือว่าไทยเป็นหุ่นเชิดของญี่ปุ่นและปฏิเสธที่จะประกาศสงครามเมื่อพันธมิตรได้รับชัยชนะ สหรัฐฯ ได้ขัดขวางความพยายามของอังกฤษในการกำหนดสันติภาพเชิงลงโทษ^[66]คนไทยและญี่ปุ่นตกลงกันว่ารัฐฉานและรัฐกะยาจะต้องอยู่ภายใต้การควบคุมของไทยเมื่อวันที่ 10 พฤษภาคม พ.ศ. 2485 กองทัพไทยพายัพเข้าสู่รัฐฉานทางตะวันออกของพม่า กองทัพพื้นที่ไทยพม่าเข้าสู่รัฐกะยาและบางส่วนของตอนกลางของพม่าทหารราบไทย 3 กอง และกองทหารม้า 1 กอง ซึ่งมีหน่วยลาดตระเวนติดอาวุธเป็นหัวหอก และได้รับการสนับสนุนจากกองทัพอากาศ เข้าร่วมกับกองพลที่ 93 ของจีนที่กำลังล่าถอยเชียงตุงเป้าหมายหลักถูกยึดเมื่อวันที่ 27 พฤษภาคมการรุกครั้งใหม่ในเดือนมิถุนายนและพฤศจิกายนทำให้จีนถอยเข้าสู่ยูนนาน^[67] พื้นที่ที่ประกอบด้วยรัฐฉานและรัฐกะยาถูกผนวกโดยไทยในปี พ.ศ. 2485 และจะยกกลับคืนให้แก่พม่าในปี พ.ศ. 2488เสรีไทย (ขบวนการเสรีไทย) เป็นขบวนการต่อต้านญี่ปุ่นใต้ดินที่ก่อตั้งโดยเสนี ปราโมช เอกอัครราชทูตไทยประจำกรุงวอชิงตันนำจากภายในประเทศไทยจากสำนักงานของผู้สำเร็จราชการแทนพระองค์ปรีดี ดำเนินการอย่างเสรี โดยมักได้รับการสนับสนุนจากสมาชิกในราชวงศ์ เช่น กรมพระจุฬาจักรพงษ์ และสมาชิกของรัฐบาลขณะที่ญี่ปุ่นใกล้จะพ่ายแพ้และการต่อต้านเสรีไทยใต้ดินที่ต่อต้านญี่ปุ่นก็แข็งแกร่งขึ้นเรื่อยๆ รัฐสภาก็บังคับพิบูลย์ออกไปการครองราชย์ 6 ปีของพระองค์ในฐานะผู้บัญชาการทหารสูงสุดสิ้นสุดลงแล้วการลาออกของเขาส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากแผนการอันยิ่งใหญ่สองแผนของเขาที่ผิดพลาดประการหนึ่งคือการย้ายเมืองหลวงจากกรุงเทพฯ ไปยังพื้นที่ห่างไกลในป่าใกล้เพชรบูรณ์ทางภาคเหนือตอนกลางของประเทศไทยอีกประการหนึ่งคือสร้าง "เมืองพุทธ" ใกล้สระบุรีประกาศในช่วงเวลาที่เศรษฐกิจตกต่ำอย่างรุนแรง แนวคิดเหล่านี้ทำให้เจ้าหน้าที่รัฐบาลจำนวนมากต่อต้านเขา^[68]เมื่อสงครามสิ้นสุดลง พิบูลถูกดำเนินคดีโดยฝ่ายสัมพันธมิตรยืนกรานในข้อหาก่ออาชญากรรมสงคราม โดยส่วนใหญ่เป็นข้อหาร่วมมือกับฝ่ายอักษะอย่างไรก็ตาม เขาพ้นผิดท่ามกลางแรงกดดันจากสาธารณชนอย่างรุนแรงความคิดเห็นของประชาชนยังคงเป็นที่ชื่นชอบของพิบูล เนื่องจากคิดว่าได้พยายามอย่างเต็มที่เพื่อปกป้องผลประโยชน์ของไทย โดยเฉพาะการใช้พันธมิตรกับญี่ปุ่นเพื่อสนับสนุนการขยายอาณาเขตไทยในแหลมมลายูและพม่า^[69]