Białowieżę zbombardowało Luftwaffe – bomby poważnie uszkodziły cerkiew, spadły także, nie czyniąc większych szkód, w pobliżu polowego szpitala wojskowego, umieszczonego krótko przed wojną w skrzydle pałacu. 16 września do Białowieży weszła Podlaska Brygada Kawalerii. 20 września gen. Zygmunt Podhorski ps. „Zaza” powołał ze zgromadzonych oddziałów Suwalskiej Brygady Kawalerii i Podlaskiej Brygadę Kawalerii improwizowaną Dywizję Kawalerii „Zaza” złożoną z Brygady Kawalerii „Plis” i Brygady Kawalerii „Edward”. Po zajęciu Białowieży przez niemiecką 3 Dywizję Pancerną przekazano Białowieżę Sowietom, którzy okupowali ją w latach 1939–1941. Wysiedlili wówczas wiele osób na Syberię.
Po ataku Niemiec na Związek Radziecki Białowieżę okupowali Niemcy. W lipcu 1941 w budynku Lasów Państwowych przy obecnej ul. Parkowej utworzono areszt żandarmerii, gdzie m.in. przetrzymywano mieszkańców Białowieży i okolicznych wsi przed egzekucjami. 322 batalion niemieckiej policji dokonał w Białowieży i w jej okolicach (m.in. w żwirowni) licznych mordów na miejscowej ludności. W latach 1941–1944 Białowieża i jej okolice były terenem wzmożonych działań partyzantki polskiej i radzieckiej.