До войны в зоопарке было около 750 человек, во время – всего 225 человек и почти все из них – женщины. Часть животных оставалась. На Острове зверей устроили склад боеприпасов. Посреди Детского зоопарка располагалась зенитка.
На Новой территории стояла воинская часть, прибывшая с Дальнего Востока. Воины этой части перелезали через забор и приносили для животных остатки пищи из столовой.
Зоопарк был дважды под обстрелом: с 22 на 23 июля 1941 года и с 4 на 5 января 1942 года. Во время первого налета в ночь с 22 на 23 июля сгорели управление зоопарка, архивы, ресторан, сгорело жилье сотрудников Закусилло, Колесниковых, Марковой на территории парка. Они не пошли спасать свои вещи, а остались и тушили зажигательные бомбы.
Зоопарк не закрывался даже в войну и смог отметить 80-летие в 1944 году. Как написали в "Вечерней Москве": "За два с половиной года войны здесь перебывало 2 млн. человек, причем полмиллиона было детей".
Своим выживанием Зоопарк напрямую обязан женскому героизму. Почти все мужчины ушли на фронт. Женщины не только спасли Зоопарк от разрушения, но и сохранили жизнь тысячам его обитателей.
В годы Великой Отечественной войны на территории "Аптекарского огорода" вырыли бомбоубежища, а на производственном участке возник коллективный огород.
В лаборатории продолжались исследования, в том числе по повышению урожайности пищевых растений.
Константину Игнатьевичу Мейеру, возглавлявшему Сад с 1940 по 1948, удалось организовать работу по сохранению коллекционных фондов в сложное предвоенное, военное и послевоенное время.
Большая часть мужчин ушла на фронт. Оставшиеся в чрезвычайных условиях не прекращали научных исследований. В ночные часы, опасаясь пожара, боролись с "зажигалками", которые фашисты сбрасывали на Москву. Оранжереи не отапливались. Чтобы спасти теплолюбивые растения, сотрудники сами сложили кирпичные печи.
В зимние холода 1941 большую часть коллекций перенесли в Пальмовую оранжерею, которую отапливали заборами и мебелью.