Miasto znalazło się pod okupacją niemiecką, podczas której wymordowano prawie połowę mieszkańców. W tym okresie tomaszowianie brali udział w walkach z Niemcami, zarówno w otwartych bitwach (pod Wojdą w 1942, pod Zaborecznem w 1943), jak i w działaniach partyzanckich.
Podczas okupacji hitlerowskiej, w 1941 roku Niemcy utworzyli getto dla żydowskich mieszkańców. Przebywało w nim około 1500 Żydów. W lecie 1942 roku zostali wywiezieni do getta w Cieszanowie, skąd 22 maja 1942 trafili do obozu zagłady w Bełżcu i tu zamordowani. Część żydowskich mieszkańców miasta została zamordowana w samym Tomaszowie, zarówno przed założeniem getta, jak i po jego likwidacji, w tym także ci, którzy się wcześniej ukrywali – ostatni z mieszkańców wyznania mojżeszowego został rozstrzelany w listopadzie 1943 rokuhttps://teatrnn.pl/leksykon/artykuly/tomaszow-lubelski-historia-miasta/.
22 lipca 1944 po zaciętych walkach przeciw wojskom niemieckim, w których brało udział zgrupowanie Armii Krajowej dowodzone przez ppłk. Wilhelma Szczepankiewicza oraz wojska 3 Gwardyjskiej Armii 1 Frontu Ukraińskiego Armii Czerwonej miast zostało zdobyte. W latach 1944–1956 w Tomaszowie funkcjonowało więzienie NKWD i UB nazywane „Smoczą Jamą”. Na terenie ów więzienia obecnie mieści się muzeum.