28 lipca 1939 objął dowodzenie 3 Flotyllą Niszczycieli Floty Śródziemnomorskiej, przemianowaną przed wybuchem wojny na 2. Flotyllę. Jego okrętem flagowym był niszczyciel HMS „Hardy”. W tym charakterze służył podczas II wojny światowej. Wkrótce po wybuchu wojny, w październiku flotylla została przeniesiona na południowy Atlantyk, a na początku 1940 na Morze Północne, w skład Floty Metropolii.
Podczas kampanii norweskiej, 10 kwietnia 1940 wraz ze swoją flotyllą pięciu niszczycieli zaatakował w śmiałej akcji z zaskoczenia zespół silniejszych niemieckich niszczycieli w Narwiku, co doprowadziło do pierwszej bitwy morskiej o Narwik. Mając dane jedynie o obecności 6 niemieckich niszczycieli i okrętu podwodnego w fiordzie, Admiralicja pozostawiła kwestię ataku do jego decyzji i Warburton-Lee wysłał sygnał, że zaatakuje o świcie. Po pierwszym udanym ataku z zaskoczenia, brytyjskie okręty zostały zaatakowane przez dalsze niszczyciele niemieckie, których było łącznie 10. W toku bitwy, Warburton-Lee został śmiertelnie ranny na mostku swojego niszczyciela HMS „Hardy”, który został zatopiony podczas bitwy.