28 sierpnia 1939 wyruszył z Wilna na czele zmobilizowanego 5 pp Leg. i dowodził nim w czasie kampanii wrześniowej. Walczył 7 września pod Pułtuskiem, bronił przeprawy na Bugu pod Wyszkowem od 8 do 10 września oraz w rejonie Stoczka, a ostatni bój stoczył w dniach 13–14 września pod Oleśnicą, Wodyniami i Seroczynem. Podczas przebijania się w lasy Jagodne został kontuzjowany i 14 września został wzięty do niewoli niemieckiej, z której uciekł po kilkunastu godzinach i przedostał się do Warszawy.

W listopadzie 1939 gen. Stefan Rowecki mianował go szefem Wydziału Piechoty i Wyszkolenia w Oddziale III Sztabu Głównego Komendy Związku Walki Zbrojnej. Używał wówczas pseudonimów „Marcin” i „Krzysztof”.

W lipcu 1942 Komendant Sił Zbrojnych w kraju wydzielił z obszaru lwowskiego samodzielny Okręg Wołyń Armii Krajowej, którego komendantem został ppłk Kazimierz Bąbiński. Działał tam początkowo pod pseudonimami „Boryna” i „Orlica”. W marcu 1943 przyjechał na stałe do Kowla i używał wówczas pseudonimów „Zrąb” i „Luboń”, a 20 marca otrzymał awans na stopień pułkownika.

15 stycznia 1944 płk Bąbiński wydał rozkaz rozpoczęcia akcji „Burza” i zarządził mobilizację 27 Wołyńskiej Dywizji Piechoty AK liczącej około 6,5 tys.