Na początku września 1939 miasto zostało w wyniku działań wojennych zajęte przez Wehrmacht (nad pobliską Żuradą ppor. Władysław Gnyś strącił pierwsze niemieckie samoloty podczas tej wojny) i wkrótce wcielone do III Rzeszy. Rządy objęła mniejszość niemiecka, miasto przemianowano najpierw na Olkusch, a później Ilkenau, utworzono także getto żydowskie. W okolicznych lasach działały wówczas partyzanckie oddziały Armii Krajowej, co spotykało się z gwałtownymi odpowiedziami okupanta. 31 lipca 1940 roku (Krwawa środa w Olkuszu) rozstrzelano 20 osób, a setki innych (przeważnie pochodzenia żydowskiego) maltretowano na miejskich placach. Do połowy 1942 roku zlikwidowano olkuskie getto, a jego mieszkańców wywieziono do obozu zagłady Auschwitz II – Birkenau. Miasto zostało zdobyte przez oddziały 5 armii pancernej gwardii i 59 armii I Frontu Ukraińskiego 20 stycznia 1945 roku. W walkach o miasto zginęło ok. 1100 żołnierzy radzieckichRada Ochrony Pomników Walki i Męczeństwa Przewodnik po upamiętnionych miejscach walk i męczeństwa lata wojny 1939–1945, Sport i Turystyka 1988, , s. 300.. mały|lewo|300px|Olkusz sfotografowany przez amerykańskiego satelitę wywiadowczego, marzec 1968.