Перед началом войны в Екатерининском дворце готовились к реставрационным работам по укреплению лепнины и покраски фасада. Отдельно, велись подготовительные работы по очистке и шлифовке многочисленных потемневших фрагментов янтарных композиций в знаменитой Янтарной комнате.
С началом войны вся подготовка к реставрационным работам была приостановлена и началась срочная инвентаризация всех музейных ценностей. Искусствовед Татьяна Попова составила список ценностей, которые подлежали срочному перемещению в специальные подвальные хранилища в Исаакиевском соборе. Другая часть ценностей из Екатерининского дворца должна была быть вывезена Горький и Сарапул. К ценностям, которые вывозились в первую очередь относились картины, фарфор и предметы декоративно-прикладного искусства. Все статуи царского парка снимали с пьедесталов, обшивали коробами из досок, клали внутрь карточку-паспорт предмета искусства и зарывали в землю. Первая партия перемещенных из Екатерининского дворца в Исаакиевский собор музейных ценностей прошла на следующий день после начала войны — 23 июня 1941 года. Пять последующих вывозов ценностей проводились до 10 сентября 1941 года, когда первый фашистский снаряд обрушился на Екатерининский парк. А уже 15 сентября от попадания фашистского снаряда в парке сгорел Китайский театр. Через 2 дня снаряд попал в сам Екатерининский дворец, оставив в нем огромную дыру. К концу августа 1941 года многих сотрудников дворца распустили по домам. Последние сотрудники дворца покинули его 16 сентября.
17 сентября фашистские войска уже вошли в Царское Село. В этот день они были уже и в Екатерининском парке. В Александровском, Баболовском парке у Белой Башни, в Екатерининском парке около Малого каприза и у Орловских ворот в октябре-ноябре 1941 года начались первые расстрелы жителей. В Пушкине была образована военная комендатура во главе с Роотом. В городе царил голод. Фашисты создали вокруг города оборонительное кольцо, запретные зоны, орудийные точки, траншеи и создали укрепленные батареи для обстрела Ленинграда. Немецкая линия обороны проходила от станции Александровская через Египетские ворота к дороге на Колпино. К 1943 году фашисты «вычестили» практически весь город от коренного населения, местных жителей в Пушкине не осталось.
Все залы Екатерининского дворца использовались фашистами как казарменные помещения. В той части Екатерининского дворца, где была церковь Воскресения Христова, на 1 этаже была сделана походная кухня. Сама же церковь использовалась как мастерская по ремонту армейских мотоциклов. В пушкинском Лицее расположились танкисты, в парковом «Эрмитаже» находились группа зенитчиков, в усадьбе Великого князя Бориса Владимировича базировались солдаты Голубой дивизии, в Агатовых комнатах располагалось что-то вроде бара-казино. В соседнем Александровском дворце расположились части гестапо, в подвале этого дворца устроили тюремные блоки. Екатерининский парк использовался в целях лесозаготовки, а возле Александровского дворца было устроено солдатское кладбище.
Все уникальные помещения Екатерининского дворца эксплуатировались совершенно варварски: в Агатовых комнатах фашисты выковыривали из композиций яшму, в подвале Камероновой галереи хранились канистры с бензином и запчасти для машин, для приготовления пищи и обогрева фашисты использовали музейные книги и музейную мебель. Многие экспонаты сжигались ради глумления, часть экспонатов похищалась. Особо ценные экспонаты увозились в Германию- знаменитая Янтарная комната, паркет из Лионского зала и Зеркального кабинета дворца Кучумов, бронзовые скульптуры Флоры, Геркулеса из Камероновой галереи, шелк со стен гостиных, шпингалеты из Лионского зала, красивые печные изразцы, ручки, замки и мн. др.
Освобождение Пушкина от фашистов произошло в январе 1944 года благодаря 110-му стрелковому корпусу генерала-лейтенанта Ивана Васильевича Хазова. Перед взором освободителей предстал на 2\3 уничтоженный город, а некоторые улицы такие как Карла Маркса, Октябрьский бульвар, Пролетарская улица полностью лежали в руинах. В центре были сожжены все каменные строения, больницы, школы, магазины, предприятия, разгромлен Гостиный двор. Участь полного разгрома не обошла стороной и Екатерининский дворец, от которого остались только внешние стены. Сгорели перекрытия между этажами и крыша, все деревянные конструкции, отсутствовали окна и двери. От позолоченных куполов домовой церкви дворца остались фрагменты стропил.
Восстановление дворца происходило не сразу. После войны и до 1956 года дворец был передан под учебные заведения военно-морского ведомства. В этот период происходило восстановление крыш, перекрытий, оконных проемов.. Но в 1956 году было принято решение о полном восстановлении дворцового комплекса. Общие реставрационно-восстановительные работы продлились 24 года.