Zgodnie z przydziałem mobilizacyjnym został dowódcą 1. kompanii strzeleckiej w I batalionie 14 pp i na jej czele wziął udział w walkach toczonych przez włocławski pułk w okolicach Grudziądza. Podczas tychże walk został wyróżniony w boju, a w dniu 3 września 1939 pod Mełnem otrzymał ciężką ranę (w klatkę piersiową i prawe ramię) i został ewakuowany w okolice Kutna. Tam dostał się do niemieckiej niewoli.
Przebywał w szpitalu jenieckim SS w Łodzi, z którego uciekł wiosną 1940. Po ucieczce, wraz z dwoma innymi oficerami, podjął próbę przedostania się przez Węgry na Zachód. Próba ta nie powiodła się i Kazimierz Załęski powrócił na krótko do Warszawy. Następnie ukrywał się w rodzinnym Koseminie. Pod koniec 1940 rozpoczął działalność konspiracyjną w szeregach Polskiej Organizacji Zbrojnej, będąc, na polecenie kpt. Mieczysława Teodorczyka, jednym z organizatorów struktur tej organizacji w powiecie ciechanowskim.