Alles verandert op 14 mei 1940. Nederland is op dat moment al vier dagen in oorlog. Reeds op de eerste dag landen er veleDuitse parachutisten op Rotterdam-Zuid. Ook het Noordereiland is bezet in de strijd om de Maasbruggen. Het Nederlandse leger houdt echter de Maasbrug voortdurend onder schot, waardoor het de Duitsers niet lukt om het centrum te bereiken. Na enkele hevige gevechten rond de brug sturen de Duitsers een onderhandelaar. Er wordt gedreigd met de vernietiging van de stad. De Duitsers blijken weinig geduld te hebben: om het verzet te breken, niet alleen in Rotterdam maar in heel Nederland, besluiten de nazi's om hun dreigement uit te voeren.

De bommenregen, die vroeg in de middag plaatsvindt, duurt slechts een kwartier, maar de vernietigende uitwerking ervan is gigantisch, mede door de brand die ontstaat. Vrijwel het gehele centrum van Rotterdam is na het bombardement veranderd in een smeulende puinhoop. Meer dan 24.000 woningen worden in de as gelegd. Ongeveer 800 mensen vinden de dood en 80.000 Rotterdammers zijn dakloos geworden. Als de Duitsers de volgende dag dreigen om op dezelfde manier ook Utrechtplat te gooien, is dit reden genoeg voor de capitulatie.

Tegelijk met de Duitse bezetting begint ook het puinruimen. De Schie, ter hoogte van de huidige Schiekade, en de Blaakworden gedempt met het vele puin.

De oude Willemsbrug is vernield. Het is, behalve de Hefbrug voor treinverkeer die niet verwoest is, de enige brug over de Maas en deze moet dus snel worden hersteld. Op 14 februari 1942 wordt de Maastunnel geopend. De bouw hiervan was begonnen in 1937. Het is de eerste autotunnel van Nederland.

Tijdens de bezettingstijd volgt ook de laatste grote annexatieronde. In 1941 worden in één klap de gemeenten Hillegersberg,Schiebroek, het resterende deel van Overschie, Kralingseveer en IJsselmonde bij Rotterdam gevoegd.

Op 31 maart 1943 bombarderen de geallieerden bij vergissing een deel van Delfshaven, waarbij nog eens 326 mensen sterven. Ook de hongerwinter (1944-1945) eist in Rotterdam vele levens.

Op 10 en 11 november 1944 wordt er een grote razzia gehouden waarbij circa 50.000 mannen tussen 17 en 40 werden weggevoerd. Op de avond voor de razzia wordt Rotterdam omsingeld door 8000 Duitse soldaten, worden alle belangrijke bruggen en pleinen bezet en het telefoonverkeer afgesloten; een belangrijke verzamelplaats was De Kuip. De razzia werd systematisch uitgevoerd waardoor ontsnappen nauwelijks mogelijk was. Van de opgepakte Rotterdamse en Schiedamse mannen vertrokken er circa 20.000 te voet richting Utrecht, 20.000 werden per Rijnaken afgevoerd en 10.000 per trein. Van hen werden circa 10.000 man tewerkgesteld in het oosten van Nederland, de rest ging naar Arbeitslagers in Duitsland.

Na de oorlog begint de wederopbouw langs de lijnen van het Basisplan voor de Wederopbouw van Rotterdam. In een drang naar vernieuwing en modernisering worden veel beschadigde gebouwen niet hersteld, maar gesloopt, zoals het gebouw van de Bijenkorf van Dudok.

In de jaren 50 is de wederopbouw in volle gang. Rotterdam krijgt het imago van 'werkstad' en ontwikkelt zich tot een toonbeeld van moderniteit. In 1953 vindt de opening van de Lijnbaan plaats, de eerste autovrije winkelstraat in Europa. Het vooruitstrevende ontwerp van architectenbureau Van den Broek en Bakema trok internationaal veel aandacht. Het nieuweCentraal Station (ontwerp: Sybold van Ravesteyn) komt in 1957 gereed, met ernaast het op dat ogenblik hypermoderneGroothandelsgebouw uit 1953. Ter gelegenheid van de Floriade richt men in 1960 de Euromast op. Samen met het beroemde beeld 'de verwoeste stad' van Ossip Zadkine wordt de Euromast hét symbool van het naoorlogse Rotterdam. In1970 maakt men de Euromast nóg hoger door er een Space Tower op te zetten, waarmee de totale hoogte op 185 meter komt.

Ter leniging van de woningnood stampt de gemeente in hoog tempo enkele nieuwe wijken met veel flats uit de grond, zoalsPendrecht, Zuidwijk, Lombardijen, Ommoord en Zevenkamp.

Tegelijk met het herstel van de havens ontwikkelt men ook plannen om stad en havengebied los te koppelen. Dit wil men bereiken door nieuwe havengebieden aan te leggen in de richting van de zee. Achtereenvolgens legt men ten zuiden van de Nieuwe Waterweg het Botlekgebied, Europoort en de Maasvlakte aan, met enorme tankopslagcapaciteit voor ruwe olie. InPernis, Rozenburg en verder westwaarts verrijzen grote raffinaderijen.

De havenactiviteiten groeien nu zo snel dat de Rotterdamse haven in 1962 het predicaat 'grootste ter wereld' krijgt. Vanaf1960 begint de aanleg van de metro, die in 1968 geopend wordt als eerste metro in Nederland. Hiermee worden de wijken 'op zuid' verbonden met het centrum. In 1970 vindt nabij Zuidplein opening van de nieuwe Ahoy-hallen plaats.