Nog voor het voorgenomen tijdstip van 5 voor 4 in de ochtend overschreden de eerste Duitse troepen op 10 mei 1940 bij Hardenberg de Nederlandse grens. De Duitsers stootten in enkele uren door naar de IJssel, waarachter het Nederlandse leger zijn eerste verdedigingslinie had gelegd. Hun hoop om de IJsselbruggen onbeschadigd te veroveren, werd met explosieven letterlijk de lucht in geblazen. Overijssel viel die dag zonder noemenswaardige tegenstand in Duitse handen. De inwoners gingen spoedig over tot de orde van de dag. Bestuurders en ambtenaren, de provincie voorop, werkten net als in de rest van Nederland gewillig met de Duitse bezetter mee.
Toevluchtsoord
Vanaf 1942 nam de ontevredenheid onder de bevolking over de bezetting toe. Vooral de verplichte tewerkstelling in Duitsland, de Arbeitseinsatz, zette kwaad bloed. De oproep aan alle voormalige soldaten van het Nederlandse leger zich te melden voor de Arbeitseinsatz was voor de werknemers van metaalfabriek Stork in Hengelo de aanleiding om in april 1943 het werk stil te leggen. Dit was het begin van een landelijke staking die door de Duitsers met grof geweld werd beëindigd. Veel opgeroepen mannen besloten onder te duiken. Duizenden arbeiders werkten tot de grote razzia van november 1944 in de drooggelegde Noordoostpolder, die indertijd bij Overijssel hoorde en het Nederlands Onderduikers Paradijs werd genoemd. Het verzetswerk in Overijssel richtte zich primair op hulpverlening aan dergelijke onderduikers. Dominee Frits Slomp (1898-1978) alias Frits de Zwerver uit Heemse, zette een Landelijke Organisatie voor Hulp aan Onderduikers (LO) op. Hij reisde stad en land af om plaatselijke LO-afdelingen op te richten. De organisatie verleende ook hulp aan ondergedoken Joden. Aan het einde van de oorlog kreeg Overijssel bovendien te maken met evacués en vluchtelingen uit de zwaarbevochten zuidelijke delen van het land en met voedselzoekers uit het hongerende westen.
Luchtoorlog
Overijssel lag precies op de lijn van de bombardementsvluchten die de geallieerden op Duitse industriesteden uitvoerden. Menig vliegtuig werd boven de provincie neergehaald. De geallieerden hadden het ook regelmatig voorzien op strategische locaties op Overijssels grondgebied, met alle gevolgen van dien. Dat gold vooral voor de spoorbrug bij Deventer, het station van Hengelo met aanpalende industrie, de Duitse bevoorradingsbasis Goor en het vliegveld Twente, waarvandaan Duitse jachtvliegtuigen de bommenwerpers bestreden. Tot overmaat van ramp werden Enschede, Haaksbergen en Nijverdal door vergissingbombardementen van de geallieerden getroffen. In totaal kwamen zo'n 700 inwoners van Overijssel door de bommenregens om het leven. Eind 1944 kozen de Duitsers Overijssel uit als lanceringgebied voor hun Vergeldingswapens V-1 en V-2. Deze vliegende bommen waren in het bijzonder gericht op de aanvoerhaven Antwerpen. De technisch onvolkomen wapens stortten herhaaldelijk direct in de omgeving neer. Bij een verlate ontploffing van een V-2 in Luttenberg vonden negentien mensen de dood.
Bevrijding
In het voorjaar van 1945 naderden de geallieerde troepen Overijssel. Op 1 april werd Haaksbergen als eerste plaats in de provincie bevrijd. De Duitsers hadden achter het Twentekanaal en rondom Deventer een verdedigingslinie opgetrokken. Na hevige gevechten wisten de overwegend Canadese soldaten de Duitse verdediging te breken. Pas op 10 april werd Deventer bevrijd. Daarna vorderde de opmars redelijk voorspoedig. Verwoestingen en wraakacties van de Duitsers en geallieerd bevrijdingsvuur hadden veel schade en slachtoffers tot gevolg. Op 20 april werd Hasselt als laatste plaats in Overijssel bevrijd. Op 5 mei volgde de algemene Duitse capitulatie. Er waren duizenden oorlogsslachtoffers in Overijssel te betreuren. De Canadese gesneuvelden kregen een laatste rustplaats op de militaire begraafplaats in Holten.