Po przystąpieniu Stanów Zjednoczonych do II wojny światowej Morison zaproponował prezydentowi Rooseveltowi napisanie historii operacyjnej US Navy, widzianej oczami uczestnika wydarzeń. Idea ta została zaaprobowana przez Roosevelta oraz Sekretarza Marynarki, którym był wówczas Frank Knox. 5 maja 1942 roku Samuel E. Morison został mianowany komandorem podporucznikiem (Lieutenant Commander) rezerwy marynarki i wcielony do służby. W lipcu i sierpniu towarzyszył dowódcy 13. Dywizjonu Niszczycieli (Destroyer Squadron 13), komandorowi Johnowi B. Heffernanowi w operacjach konwojowych na Atlantyku. Następnie uczestniczył w operacji Torch na pokładzie krążownika „Brooklyn”. Od marca 1943 roku przebywał głównie na Pacyfiku, między innymi na terenie walk o Guadalcanal, towarzysząc wiceadmirałowi Willisowi A. Lee na pancerniku „Washington” oraz kontradmirałowi Waldenowi L. Ainsworthowi na krążowniku „Honolulu” podczas bitwy pod Kolombangarą. Później brał udział w kampanii na Wyspach Gilberta oraz walkach o Mariany. W listopadzie 1944 roku ponownie przepłynął Atlantyk w składzie grupy eskortowej, docierając do Gibraltaru i będąc następnie obserwatorem starć we Włoszech i Francji. W styczniu 1945 roku powrócił do Stanów Zjednoczonych, a w lutym na Pacyfik. Na pancerniku „Tennessee” uczestniczył w walkach o Okinawę.