Marshall stwierdził, że tylko Leahy będzie do zaakceptowania na tym stanowisku. 6 lipca 1942 roku Leahy został mianowany Szefem Sztabu Naczelnego Wodza US Army i US Navy, Prezydenta Stanów Zjednoczonych.
Leahy spędził D-Day (6 czerwca 1944 roku), w swym rodzinnym Hampton w stanie Iowa. Ta dobrze nagłośniona „podróż sentymentalna” była częścią szeroko zakrojonej akcji dezinformacyjnej związanej z lądowaniem aliantów w Europie. Chodziło o to by przekonać niemieckich szpiegów działających w USA, że nic ważnego nie może się wydarzyć gdy tak ważny oficer wyjeżdża prywatnie z Waszyngtonu.
15 grudnia 1944 roku Leahy został awansowany – jako pierwszy w historii – na stopień Admirała Floty.
Bomba atomowa mały|Siedzą (od lewej): Clement Richard Attlee, Harry Truman, Józef Stalin; za nimi: William Daniel Leahy, Ernest Bevin, James Francis Byrnes i Wiaczesław Mołotow Gdy Vannevar Bush wytłumaczył jak działa bomba atomowa, Leahy powiedział do prezydenta Trumana: „To największe głupstwo jakie kiedykolwiek zrobiliśmy. Ta bomba nigdy nie wybuchnie, a mówię to jako ekspert w dziedzinie materiałów wybuchowych”. W okresie późniejszym Leahy był zdecydowanym przeciwnikiem użycia bomb nuklearnych do ataku na Hiroszimę i Nagasaki.