Przez cały okres okupacji niemieckiej elektrownia nie osiągnęła poziomu produkcji sprzed września 1939; głównym powodem była niska kaloryczność węgla. Straty prądu elektrycznego w sieci wzrosły z 15% w 1939 roku do 35,5% w 1943 roku. W lutym 1941 niemieckie władze okupacyjne wprowadziły ograniczenia w dostawach prądu o 50%. Zostały one zniesione wiosną 1944 dzięki zapewnianiu dostaw energii elektrycznej do miasta z Elektrowni Rożnów.
W 1942 roku Stanisław Skibniewski ps. Cubryna zaczął formować na terenie elektrowni terenowy oddział Wojskowej Służby Ochrony Powstania, który podlegał Warszawskiemu Okręgowi Armii Krajowej. Jego zastępcą został Tadeusz Kahl ps. Kowalski.
W czasie powstania warszawskiego powstańcy zdobyli obsadzoną przez ponad 200 żołnierzy Wehrmachtu, SA-manów, Ukraińców i żandarmów elektrownię już pierwszego dnia, 1 sierpnia 1944 roku, chociaż walki z broniącymi się w podziemiach i niektórych budynkach Niemcami trwały jeszcze do godz. ok. 6.00 rano następnego dnia. W natarciu na elektrownię wzięli udział przede wszystkim jej pracownicy zgrupowani w sześciu plutonach szturmowych. Na najwyższym punkcie kotłowni zawieszono polską flagę. Przez pięć kolejnych tygodni Niemcy ostrzeliwali elektrownię (w tym z kanonierki pływającej po Wiśle), ale nie przechodzili do bezpośredniego ataku.