Dès le début de la Seconde Guerre mondiale, Joséphine Baker met son talent musical à contribution en chantant pour les soldats alors au front.

En septembre 1939, elle devient un agent du contre-espionnage français, contactée par Jacques Abtey (chef du contre-espionnage militaire à Paris). L’homme lui propose de travailler secrètement pour la France et de recueillir des informations sensibles auprès de l’ennemi.

Joséphine Baker accepte volontiers la mission. Elle se rend alors dans les ambassades italienne et portugaise et, grâce à son charme, renseigne la France sur les intentions des pays et sur la position de leurs troupes.  

Après la bataille de France, et grâce à son brevet de pilote, elle rejoint les Infirmières Pilotes Secouristes de l'Air (IPSA) et accueille des réfugiés de la Croix Rouge. 

Dans son château des Milandes, en Dordogne, elle héberge des dizaines de résistants. 

Elle s’engage le 24 novembre 1940 dans les services secrets de la France libre, toujours via le commandant Abtey, qui reste son officier traitant jusqu’à la Libération, en France puis en Afrique du Nord où elle est sous la protection de Si Ahmed Belbachir Haskouri, chef du cabinet khalifien (du vice-roi) du Maroc espagnol.

Joséphine Baker arrive à Marseille pour des galas en 1941 avec l'aide d'Émile Audiffred, qui l'envoie en Afrique du Nord retrouver les frères Marouani. Elle s'installe au Maroc entre 1941 et 1944, elle soutient les troupes alliées et américaines et se lance dans une longue tournée en jeep, de Marrakech au Caire, puis au Moyen-Orient, de Beyrouth à Damas, y glanant toutes les informations qu’elle peut auprès des officiels qu’elle rencontre.

Elle s’acquitte durant la guerre de missions importantes, et reste connue pour avoir utilisé ses partitions musicales pour dissimuler des messages codés. Lors de sa première mission à destination de Lisbonne, elle cache dans son soutien-gorge un microfilm contenant une liste d’espions nazis, qu’elle remet à des agents britanniques. 

Lors de son arrivée à Alger en 1943, le général de Gaulle, reconnaissant, lui offre une petite croix de Lorraine en or qu'elle vend par la suite aux enchères pour la somme de 350 000 francs au profit exclusif de la Résistance.

Officiellement engagée pour la durée de la guerre à Alger, dans les Forces aériennes françaises libres, titulaire d'un brevet de pilote, elle devient sous-lieutenant, rédactrice première classe, échelon officier de propagande et travaille auprès du général de Gaulle dont les bureaux se trouvent dans le lycée de jeunes filles Eugène-Fromentin, aujourd'hui lycée Descartes à Alger. Elle sera logée à l'hôtel Alleti, anciennement boulevard Bru à Alger, aujourd'hui boulevard des Martyrs. 

Elle débarque à Marseille en octobre 1944. Elle chante à Belfort le 20 novembre 1944 pour les troupes du général de Lattre de Tassigny. 

À la Libération, elle poursuit ses activités pour la Croix-Rouge et chante pour les soldats et résistants près du front, suivant avec ses musiciens la progression de la 1re armée française.

Son engagement dans la guerre est reconnu dès 1946, lorsqu’elle reçoit la médaille de la Résistance.
Puis, en 1957, elle est faite chevalier de la Légion d’Honneur.

Elle reçoit la croix de guerre 1939-1945 avec palme des mains du général Martial Valin, à la suite de l'intervention du ministre de la Défense Jacques Chaban-Delmas. 

Elle passe le reste de sa vie à s’engager pour les droits des Afro-Américains et recueille 12 enfants de divers pays du monde qu’elle élève comme les siens.

Elle décède à Paris le 12 avril 1975.