1941年10月16日，日本陸軍大臣東條英機出任首相，將日本政府引向更加激進的戰爭冒險。12月7日，日軍偷襲珍珠港。12月8日，美國對日本宣戰，美國正式加入世界反法西斯同盟，全面參與第二次世界大戰。
基於戰爭的需要，美國很快就成了「民主國家的兵工廠」，經濟逐漸擺脫了大蕭條，數百萬失業大軍迅速消失，而且出現了空前的戰時繁榮，美國式的國家壟斷資本主義得到進一步的鞏固和發展。
珍珠港事件後，美國迅速實行戰時全民總動員。二戰結束前，包括志願兵在內，美軍共有1514萬人，其中陸軍1042萬人，海軍3883520人，海軍陸戰隊599683人，海岸警備隊241902人。空軍也在戰時得到了迅猛的增長，到1945年8月，陸軍航空隊擁有7.2萬架飛機，230萬人。到1945年底，海軍的各種艦船也從1941年底的4500艘增加到9.1萬艘。
1941～1945年間，美國聯邦政府總計直接支付戰爭費用2815億美元，占這一時期美國政府總預算的88.6%。這筆戰爭費用相當於美國在第一次世界大戰中全部戰費的8倍，資金來源44%靠增加稅收，56%靠發行聯邦公債。
伴隨著戰爭進程，美國國民經濟迅速轉入戰時生產軌道，成千上萬的民用工廠一夜之間轉而全力以赴生產軍用物資。1939年，美國軍需生產只占生產總量的2%，到1944年已躍升至40%。1941年底美國參戰時，當年的軍火生產總值為84億美元，到次年便增長至302億美元，等於德、意、日三國軍火生產之和，到1944年美國軍火產值已達640多億美元，約等於德、意、日及美國主要盟國軍火產值的總量。
美國國民生產總值從1939年的910億美元激增至1945年的2136億美元，工業生產不斷地製造出令人矚目的奇蹟，農產品從過去的長期積壓迅速轉變為供不應求，美國農業的純收入增長了3倍多，從1940年的23億美元增至1945年的94.58億美元，戰爭期間整個美國的人均收入幾乎增長了一倍。美國主流媒體不無得意地宣稱：美國驟然富起來了。開戰以來，整個世界都已精疲力竭，而美國卻煥發活力、生活水平快速提高。
同時，聯邦政府還設立了由總統直轄的科學研究與發展局，對原來獨立分散的聯邦政府實驗室、工業實驗室、高等院校和非營利研究機構進行集中統一的協調和管理，將全國科研力量充分動員起來，推動美國科學家在原子能、電子計算機和空間技術等方面取得眾多突破，引領美國科技躍居世界首位。
戰爭期間，出於遏制德軍空襲的需要，美英科學家首先發明了雷達系統和防空自動控制火炮系統。到1945年7月，美軍已裝備了30億美元的雷達設備和7100萬美元的遠距離無線電導航系統，有效地提升了作戰能力。1941～1945年間，美國生產了各種飛機約40萬架，躍升為世界航空大國。1945年底，美國科學家研製成功世界上第一台電子計算機，取得了科技史上劃時代的成就，將人類帶入以機器操縱機器的全新時代，使生產效率獲得大幅而又全面的提高。此外，美國科學家還研製了威力更大的炸藥、燃燒彈、滴滴涕、盤尼西林、合成橡膠和原子彈等，其中於1945年7月16日首次爆炸成功的原子彈對儘早結束戰爭發揮了重大的作用。