Во время Великой Отечественной войны в июле — октябре 1941 года в Куйбышев были эвакуированы ряд предприятий из западных регионов России и их персонал с семьями. С 15 октября 1941 года по указу Государственного комитета обороны в город эвакуированы из Москвы Правительство СССР, Верховный Совет СССР, дипломатические представительства, крупные учреждения культуры (например, Большой театр, Мосфильм). 5 марта 1942 года в городе была дописана и впервые исполнена седьмая Ленинградская симфония Д. Д. Шостаковича. В случае сдачи Москвы гитлеровцам Куйбышев должен был стать столицей СССР[источник не указан 472 дня]. Для Верховного главнокомандующего Сталина был построен Бункер Сталина (доступен с 1990-х для посещения экскурсионными группами). Однако Ставка Верховного Главнокомандования, Государственный Комитет Обороны (высший орган власти в стране), Генштаб РККА оставались в Москве.
Уровень промышленного производства увеличился к 1945 по сравнению с 1940 в 5,5 раза[20]. За годы войны население города выросло в полтора раза (с 400 до 600 тысяч человек) [21]
Город внёс значительный вклад в победу над Германией. Было начато производство оружия и боеприпасов. За годы войны на куйбышевских авиационных заводах № 1 и № 18 выпущено около 28 тысяч штурмовиков Ил-2 — свыше 80 % от их общего количества. В дни обороны Кавказа город обеспечивал армию и народное хозяйство горючим[11].
В город приезжали многие иностранные руководители, в том числе Шарль де Голль.