W latach II wojny światowej uczestniczył w tajnym nauczaniu na Uniwersytecie Warszawskim (wykłady z chemii ogólnej i nieorganicznej) i w Liceum im. Joachima Lelewela. Uczył też legalnie w Liceum Metaloznawczo-Odlewniczym.
W 1941 zorganizował wywiad przemysłowy ZWZ-AK Okręgu Warszawskiego. Był kierownikiem wywiadu przemysłowego w II Wydziale Okręgu Warszawskiego (od lipca 1943 – II Wydziału Obszaru Warszawskiego AK). Działał pod pseudonimami „Metalowiec” i „Przemysłowiec”. Za tę działalność otrzymał dwie pochwały oraz podziękowanie od Rządu Polskiego w Londynie. Wywiad przemysłowy AK został zlikwidowany w sierpniu 1944 roku, a jego pracownicy nie dostali przydziałów mobilizacyjnych, a otrzymali rozkaz opuszczenia Warszawy – Tomassi spędził okres powstania warszawskiego u rodziny w Tarczynie.
Na początku 1945 roku Witold Tomassi wrócił do Warszawy i do pracy na Wydziale Chemicznym Politechniki Warszawskiej, gdzie w tym samym roku przeprowadzono przewód habilitacyjny, zakończony nadaniem tytułu docenta chemii fizycznej (zatwierdzonym przez Ministra Oświaty pismem z 30.11.1945) i powierzeniem stanowiska kierownika Zakładu Chemii Fizycznej (od 1951 r. – Katedra Chemii Fizycznej).