1941年6月22日3点15分，罗马尼亚与纳粹德国军队联合入侵苏联，加入第二次世界大战。这种参与将给罗马尼亚人带来许多惨痛的失败，甚至更大的损失，为永远改变该国的政治制度奠定基础。但这也会导致大量领土扩张。
20世纪30年代，罗马尼亚在第三帝国的战略中扮演了重要角色：它与纳粹德国正积极计划入侵的苏联有一大片领土，它还能进入黑海，拥有对德国经济至关重要的油田。然而，德国在说服罗马尼亚加入其军事联盟方面没有任何运气：布加勒斯特反德的政策是一致的，比如在拒绝参与分割捷克斯洛伐克，以及并在战争开始时采取中立的亲法立场。
罗马尼亚人在1910年代以削弱邻国为代价，大幅扩张国家边界，他们对现状非常满意。然而，苏联、匈牙利和保加利亚在20世纪30年代加强了实力，他们对“大罗马尼亚”有太多的领土要求，无法让一切保持原样。德国人利用了这些矛盾，试图攻破布加勒斯特，将其拖入自己的势力范围。
几乎一半属于罗马尼亚的领土实际上是定时炸弹。尽管在第二次巴尔干战争之后，1913年对保加利亚的南多布罗加进行了“罗马尼亚化”，但保加利亚人仍继续居住在那里。相当一部分匈牙利人(约30%)继续生活在特兰西瓦尼亚，在第一次世界大战结束时，特兰西瓦尼亚被匈牙利吞并。莫斯科不会让比萨拉比亚的损失就这么过去——这片领土自1812年以来一直属于俄罗斯，后来罗马尼亚人抓住了1918年俄罗斯内战的混乱局面，为了夺取它。
最后，在得到德国支持的承诺后，罗马尼亚的邻国在1940年向它提出领土要求，罗马尼亚被迫接受。根据苏德协议，1940年6月苏联夺回比萨拉比亚时，德国不会干涉。8月，作为第二次维也纳仲裁裁決的一部分，柏林和罗马公开向布加勒斯特施压，迫使其交出北特兰西瓦尼亚(南部仍由罗马尼亚统治)。在德国和苏联的支持下，保加利亚于9月夺回了南多布罗加。
大罗马尼亚失去了38%的领土，不再那么“伟大”。失去特兰西瓦尼亚是一个特别严重的打击，因为匈牙利的领土正好位于这个国家的中心。罗马尼亚人和匈牙利人的冲突开始了，随后大批罗马尼亚人涌入他们的故土。
利用罗马尼亚脆弱而震惊的状态为自己谋取优势，德国表示愿意在苏联未来分裂的计划中提供合作。这不仅包括收回比萨拉比亚和北特兰西瓦尼亚的前景，甚至包括苏联时期的乌克兰领土，一直到第聂伯河。
罗马尼亚人决定与德国和解，并希望重新讨论北特兰西瓦尼亚的问题。1940年11月20日，在匈牙利加入的三天后罗马尼亚也加入了《三方协定》(德国、意大利和日本)，这时出现了一种矛盾的局面：两个不共戴天的敌人变成了盟友，双方都在为第三帝国的利益行事。
在1941年的战役中，罗马尼亚军队太弱了，无法单独与苏联作战：它既没有装甲部队，也没有现代炮兵部队，其大部分部队是由人力组成的。士兵们也缺乏足够的训练。这导致德国第11和14军支援罗马尼亚的进攻，使总兵力达到60万。
1941年6月16日，摩尔多瓦共和国首都基希讷乌沦陷。7月23日，本德尔也被占领了。比萨拉比亚和北特兰西瓦尼亚最终落入罗马尼亚人之手，再次成为罗马尼亚王国的一部分。随着罗马尼亚和德国军队进一步向东推进，乌克兰的部分地区现在也在罗马尼亚的控制之下。成立了所谓的德涅斯特河沿岸省，首都是乌克兰的敖德萨。
在罗马尼亚扬·安东内斯库的带领下，罗马尼亚在大屠杀中发挥了积极作用，导致30万~ 40万犹太人丧生。1942年2月，罗马尼亚人停止了对犹太人的大规模处决。然而，直到他们离开轴心国的那一刻，他们还在继续追捕他们，把他们送到犹太人区和集中营。
罗马尼亚军队和德国军队一起向伏尔加河沿岸和高加索山脉挺进。德国的军事指挥官们对他们的战友的作战能力不怎么尊重。自1918年以来，他们的军队管理一直受到法国模式的影响，仍然处于第一次世界大战的水平，陆军元帅埃里希·冯·曼施泰因写到罗马尼亚武装部队。正是他们在“天王星行动”中首当其冲，苏军试图包围斯大林格勒的德国第六集团军。由于这场第二次世界大战的决定性战役，罗马尼亚第三和第四集团军被彻底击溃，导致15.8万多罗马尼亚士兵死亡。
在德国军队撤退的过程中，罗马尼亚军队被逼回了自己的国界，这个国家开始出现了反德情绪。1944年8月23日，摩尔多瓦和罗马尼亚东北部发生了与苏军的战斗，安东内斯库被米哈伊一世推翻。国王立即宣布结束对苏联和西方盟国的敌对状态，并在8月31日，布加勒斯特张开双臂欢迎苏军。罗马尼亚加入了反希特勒联盟，其军队后来参加了布达佩斯和布拉格的解放行动。
与苏联的战争导致47.5万罗马尼亚人丧生。由于莫斯科的参与，第二次维也纳仲裁裁決被取消，特兰西瓦尼亚被归还给罗马尼亚。1946年5月17日安东内斯库作为战犯被行刑队处决。有趣的是即使在进入苏联势力范围后，这个国家仍然是一个君主制国家。米哈伊一世，在莫斯科被称Komsomol国王，他甚至被苏联授予胜利勋章。直到1947年12月30日罗马尼亚共和国成立，才宣布退位。（幂谈天下/张幂）