We wrześniu 1939 r. nie doszło do walk w rejonie Osowca. Niemcy pamiętając skuteczną obronę twierdzy przez Rosjan w poprzedniej wojnie postanowili przełamać polską obronę północnego Mazowsza i Podlasia w innym miejscu. Główne uderzenie nacierającej z Prus armii niemieckiej skierowane zostało w rejon Wizny i tam po trzech dniach walk przełamana została polska obrona. Wojska polskie opuściły twierdzę Osowiec 13 września 1939 r., która na krótki czas została zajęta przez wojska niemieckie.
25 września 1939 r. wojska niemieckie przekazały zgodnie z postanowieniami paktu Ribbentrop-Mołotow tereny Osowca, w tym i twierdzę, Armii Czerwonej.
Po ataku III Rzeszy na ZSRR, który miał miejsce 22 czerwca 1941 roku wojska niemieckie zajęły Twierdzę Osowiec już 27 czerwca 1941 roku i pozostała ona w ich rękach przez ponad trzy lata. W tym czasie przygotowali ją do obrony przed spodziewanym atakiem Armii Czerwonej, która w rejon Osowca dotarła latem 1944 roku. Do pierwszych walk niemiecko-sowieckich doszło na podejściach Twierdzy, gdzie piechota radziecka ze względu na bagnisty teren zmuszona była atakować bez wsparcia czołgów. Po dotarciu do Twierdzy grupy szturmowe po nocnych walkach wdarły się do jej wnętrza, łamiąc opór Niemców. Twierdzę Osowiec zdobyły w godzinach rannych 14 sierpnia 1944 roku wojska 49 Armii dowodzone przez gen.