Wybuch wojny przekreślił dorobek prawie dwudziestoletniej pracy Pieńkowskiego. Jerzy Pniewski wspominał:

„Działania wojenne kampanii wrześniowej jedynie nieznacznie uszkodziły budynek Zakładu Fizyki Doświadczalnej, natomiast w końcu października 1939 roku fizyk niemiecki – profesor Kurt Diebner, złożył, jakby się mogło zdawać, kurtuazyjną wizytę Pieńkowskiemu, wyrażając życzenie zwiedzenia Zakładu. Nikt wówczas nie zdawał sobie jeszcze sprawy z metod, jakie wróg zamierza stosować w zarządzaniu okupowanym krajem. Tak więc Pieńkowski, podobnie jak przed wojną, osobiście pokazywał przybyłemu wszystkie pracownie i cały sprzęt naukowy Zakładu. Diebner był tak zachwycony, że aż składał Pieńkowskiemu wyrazy niezwykłego uznania, wyrażając jednoczesnie podziw, że potrafił on stworzyć tak pięknie wyposażony zakład naukowy.
Niestety dwa tygodnie później ten sam Diebner podjechał ciężarówkami wojskowymi i doskonale zorientowany, gdzie się co znajduje, zaczął kolejno wywozić cały cenniejszy sprzęt, w tym oczywiście akcelerator zbudowany przez Sołtana, wiele innych jedynych w swoim rodzaju przyrządów, nawet przetwornice zasilające sieć elektryczną Zakładu w różnego typu prądy, a również cały księgozbiór wraz z kompletem wszystkich roczników czasopism. Kiedy Pieńkowski wyraził swoje oburzenie, pokazując jednocześnie dyplom doktora honoris causa Uniwersytetu w Heidelbergu, jedyną reakcją Diebnera była uwaga, że oczywiście wszystko to, co jest w osobistej pracowni Pieńkowskiego, będzie pozostawione nietknięte. Pracownicy Zakładu – świadkowie tej grabieży – znieśli do pracowni Pieńkowskiego niektóre szczególnie cenne przyrządy, by je w ten sposób przynajmniej na razie ocalić”103.

Tak oto już na początku okupacji wywieziono do Niemiec większość wartościowej aparatury, zbiory biblioteczne i notatki naukowe. O tym rabunku donosiła nawet prasa podziemna104.

Pieńkowski nie załamał się. W celu zabezpieczenia resztek aparatury i uratowania punktu oparcia na Hożej utworzył Zakład Pomiarów Fizycznych, w którym wykonywano badania usługowe dla instytucji komunalnych, na przykład badania czystości wody wiślanej. Była to zasłona dla namiastki pracy naukowej, jaką były cotygodniowe seminaria, na których referowano zdobywane przez Pieńkowskiego artykuły z zagranicznych czasopism fizycznych.

W 1943 roku, wobec pogarszającej się sytuacji na froncie wschodnim, okupanci niemieccy zaczęli zajmować w budynku na Hożej coraz więcej pomieszczeń, ograniczając pracę Pieńkowskiego i jego współpracowników, aż w końcu zajęli cały budynek, niszcząc instalacje i przebudowując pracownie włącznie z dużą salą wykładową, którą podzielono na małe pokoje.

W kilka tygodni po wkroczeniu Niemców do Warszawy w „New York Times” ukazała się notatka Słynny profesor rozstrzelany przez Niemców, poświęcona zamordowaniu profesora Białobrzeskiego, członka Polskiej Akademii Umiejętności. Ta notatka poruszyła Polaków za granicą. Myron Mathisson, doktorant Białobrzeskiego, przebywał wtedy w Anglii i napisał nawet o nim krótkie wspomnienie do działu nekrologów „Nature”105. Na szczęście wiadomość ta była nieprawdziwa. Białobrzeski wojnę przeżył.

Zakład Fizyki Teoretycznej Białobrzeskiego przy ulicy Oczki 3 nie został przez Niemców obrabowany. Podobnie jak Pieńkowski na Hożej 69, Białobrzeski zorganizował w swym laboratorium Zakład Badawczy Fizyki Technicznej, placówkę usługową dla służb miejskich. W ten sposób uratował przyrządy przed wywiezieniem, a asystentom zapewnił legalne zatrudnienie. Była to też przykrywka dla tajnego nauczania, działalności naukowej i realizacji dawnego programu badań. Ignacy Adamczewski po zwolnieniu z Oświęcimia nawet w tych niecodziennych warunkach próbował kontynuować rozpoczęte przed wojną badania promieniowania kosmicznego w emulsjach naświetlonych na Kasprowym Wierchu, a także wydobywać interesujące elementy z prac usługowych dla miasta106. Miał przygotowane do druku prace107 z ciekawymi wynikami na temat lepkości, elektroosmozy i kataforezy wody wiślanej. Niestety budynek, w którym mieścił się zakład Białobrzeskiego, przetrwał tylko do sierpnia 1942 roku. W nocy 21 sierpnia został kompletnie zniszczony przez bombę i spalony podczas nalotu sowieckiego na Warszawę.

Pieńkowski kierował podziemnym Uniwersytetem Warszawskim, a w końcu 1941 roku stanął na czele podziemnego Wydziału Nauki i Szkolnictwa Wyższego Departamentu Oświaty i Kultury. Tajne nauczanie spełniało doniosłą rolę w działaniu UW w konspiracji. Leonard Sosnowski wspominał, że

„Organizatorem tej akcji był znów Stefan Pieńkowski, a brali w niej udział prawie wszyscy przebywający w Warszawie pracownicy obu Zakładów. Chociaż brzmi to dziś może niewiarygodnie, prowadziliśmy pełny wymiar zajęć dla wszystkich lat fizyki i dyscyplin pokrewnych: wykłady, seminaria i zajęcia praktyczne dosłownie pod bokiem Niemców. W mieszkaniach profesorów Pieńkowskiego i Białobrzeskiego odbywały się regularne zebrania naukowe aż do wybuchu Powstania. Mówiący te słowa zdawał w tych warunkach egzaminy doktorskie z zachowaniem tradycyjnej procedury akademickiej”108.

Podczas Powstania Warszawskiego i późniejszych działań wojennych budynek przy ulicy Hożej 69 nie został wprawdzie zburzony ani spalony, ale był kompletnie pusty i zdewastowany.