Der Zweite Weltkrieg war eine schwere Bedrohung für den luxemburgischen Staat (siehe Geschichte Luxemburgs). Die deutsche Besatzung dauerte vom Mai 1940 bis zum September 1944, als das Land durch westalliierte Truppen befreit wurde und die Exilregierung nach Luxemburg zurückkehren konnte.
Luxemburg wurde vom nationalsozialistischen Deutschland im Rahmen des Westfeldzuges überfallen und annektiert. Die Männer wurden zwangsrekrutiert und mussten in der Wehrmacht Dienst leisten; Juden und andere Verfolgte wurden deportiert und ermordet. Die luxemburgische Regierung befand sich in der Besatzungszeit im Londoner Exil. Die Erlebnisse im Krieg führten dazu, dass Nationalsymbole wie die luxemburgische Sprache und die Monarchie fest im luxemburgischen Nationalbewusstsein verankert wurden.
Luxemburg hatte von 1815 bis 1866 zum nachnapoleonischen Deutschen Bund gehört, der in jenem Jahr aufgelöst wurde. Im Jahr 1867 erklärte sich Luxemburg für neutral, und die vier europäischen Großmächte Großbritannien, Frankreich, Preußen und Russland garantierten im Zweiten Londoner Vertrag die Einhaltung der Neutralität.
Im Ersten Weltkrieg wurde Luxemburgs Neutralität am 2. August 1914 vom Deutschen Reich gebrochen: Im Rahmen des Schlieffen-Planes besetzte Deutschland sowohl Luxemburg als auch Belgien, um rasch gegen die französischen Stellungen vorzustoßen. Luxemburg blieb während des gesamten Krieges besetzt.
In der Zwischenkriegszeit blieb Luxemburg unabhängig. Die Monarchie wurde durch das Referendum vom 28. September 1919 legitimiert (77,8 Prozent der Luxemburger stimmten für die Beibehaltung der Monarchie unter der Großherzogin Charlotte). Charlotte hatte den Thron seit dem 15. Januar 1919 als Nachfolgerin ihrer am 9. Januar 1919 abgedankten Schwester Maria-Adelheid inne.
Im Jahr 1929 trat Luxemburg dem Briand-Kellogg-Pakt bei und erklärte, auf Angriffskriege zu verzichten und Streitigkeiten friedlich beizulegen. Mit Reichskanzler Hermann Müller als Regierungsoberhaupt trat auch das Deutsche Reich dem Pakt als Erstunterzeichner bei. Eine Armee oder eine Luftwaffe besaß Luxemburg wegen der unbewaffneten Neutralität nicht, lediglich ein kleines Freiwilligenkorps.
Schon zur Zeit der Weimarer Republik wurde Luxemburg Gegenstand historisch begründeten Annexionbegehrens, befördert von der revisionistischen und expansionistischen, an Volkstum und Kulturboden orientierten Westforschung.
In diesen Jahren gab es in Luxemburg weit verbreiteten Antisemitismus, der sich in national-populistischen Bewegungen artikulierte, aber auch in katholisch-konservativen Kreisen um die Tageszeitung Luxemburger Wort. Aus diesem Grund und weil die Regierung den mächtigen Nachbarn im Osten nicht verärgern wollte, wurden vor allem ab 1936 die Einreisebestimmungen für jüdische Flüchtlinge aus dem Deutschen Reich immer weiter verschärft. Das rassistische „Blutschutzgesetz“ von 1935 wurde von Luxemburg wie von anderen Staaten dahingehend übernommen, dass in Luxemburg lebenden Deutschen die Eheschließung mit Juden verboten wurde. Nach Luxemburg geflüchtete Juden wurden separat registriert. Juden wurden als Menschen zweiter Klasse eingestuft und unter anderem bei der Arbeitssuche behindert.
Im Zuge der Judenverfolgungen in Deutschland und Österreich flüchteten ab 1938 viele deutsche und österreichische Juden nach Luxemburg. Die luxemburgischen Behörden begannen, aufgegriffene Flüchtlinge nach Deutschland zurückzusenden. Die rechte Presse sowie die verbotene Luxemburger NSDAP heizten die Ausländerfeindlichkeit und den Antisemitismus an.
Nach dem deutschen Überfall auf Polen am 1. September und dem darauf erfolgenden Kriegseintritt Frankreichs am 3. September 1939 befand sich das neutrale Luxemburg ohne eigene Streitkräfte zwischen den Fronten. Während die Bevölkerung mit den Alliierten sympathisierte, sah sich die Regierung wegen der Neutralität Luxemburgs zu einer gewissenhaft neutralen Politik genötigt. Dadurch hoffte sie, einen Angriff der Wehrmacht abzuwenden. Ab dem 1. September 1939 stellte Radio Luxemburg seine Sendungen ein.
Im Frühjahr 1940 wurden entlang der deutsch-luxemburgischen und auch entlang der luxemburgisch-französischen Grenze Barrikaden errichtet, die so genannte Schusterlinie. Sie wurde nach dem Baukonduktor Schuster benannt und bestand im Wesentlichen aus Stahlpforten an schweren Betonblöcken, welche den Vormarsch über die Straße erschweren sollten. Angesichts der Übermacht des Gegners hatte die Schusterlinie eher einen symbolischen Charakter und diente hauptsächlich zur Beruhigung der Bevölkerung.
Nach mehreren Fehlalarmen im Frühjahr 1940 stieg die Gewissheit, dass es zu einem militärischen Konflikt zwischen Frankreich und Deutschland kommen würde. Um den Stahlexport der luxemburgischen Stahlwerke nach Belgien und Großbritannien zu behindern, stoppte Deutschland die Kokslieferungen an Luxemburg. Es versuchte damit, Luxemburg zu einer deutschlandfreundlichen Haltung zu zwingen, wodurch die luxemburgische Regierung in eine schwierige diplomatische Lage geriet. Zu dem Zeitpunkt war noch nicht abzusehen, ob Deutschland Luxemburg besetzen und anschließend annektieren würde.
Der deutsche Angriff hatte das Ziel, die französischen Verteidigungsanlagen der Maginot-Linie durch ein Vorrücken durch den luxemburgisch-belgischen Raum zu umgehen. Dabei war Luxemburg als Durchgangsland von Interesse. Der Befehl zur Vorbereitung der Operation wurde bereits am 9. Oktober 1939 erteilt; der Angriffsbefehl wurde 29 Mal verschoben. Am 10. Mai 1940 begann der Angriff deutscher Verbände (Fall Gelb) mit insgesamt sieben Armeen auf die neutralen Staaten Niederlande, Belgien und Luxemburg (unbewaffnete Neutralität). Entscheidende Schlachten fanden einige Tage nach Luxemburgs Besetzung in den französischen Ardennen und Belgien statt; als erste die Schlacht bei Sedan (13.–15. Mai 1940).
Am 10. Mai 1940 um 3.15 Uhr wurden die Stahltüren an der Grenze aufgrund der sich häufenden Ereignisse und Truppenbewegungen auf deutscher Seite von Mosel und Our geschlossen. In Zivil gekleidete Sonderkommandos aus Deutschland, unterstützt von der „Stoßtruppe Lützelburg“, einer Gruppierung aus in Luxemburg wohnhaften Reichsdeutschen, traten bereits vorher in Aktion. Sie hatten die Aufgabe, die Sprengungen der Brücken an der Grenze zu verhindern, die Stahltüren zu sprengen sowie die Funkverbindungen zu unterbrechen, was allerdings größtenteils misslang. Die großherzogliche Familie begab sich von ihrer Residenz auf Schloss Berg ins Großherzogliche Palais der Hauptstadt.
Deutsche Truppen fielen ab 4.35 Uhr in Luxemburg ein. Sie stießen auf keinen nennenswerten Widerstand, da die Freiwilligenkompanie in der Kaserne geblieben war. Aufgrund der enormen militärischen Unterlegenheit hätte sie ohnehin nichts ausrichten können. In den frühen Morgenstunden wurde die Hauptstadt besetzt.
Der Gegenschlag Frankreichs erfolgte gegen 8 Uhr. Teile der dritten französischen leichten Kavalleriedivision (3 DLC) des Generals Petiet, verstärkt durch die erste Spahis-Brigade des Obersten Jouffrault und die zweite Kompanie des fünften Kampfpanzerbataillons (5 BCC), überschritten im südlichen Minett die Grenze, zogen sich nach kurzen Scharmützeln aber wieder hinter die Maginot-Linie zurück. Bis auf den Süden des Landes war am Abend des 10. Mai ganz Luxemburg besetzt.
Der Vormarsch der deutschen Truppen veranlasste die Behörden, die Bevölkerung des Kantons Esch-Alzette (ca. 90.000) zu evakuieren.: 47.000 Menschen wurden nach Frankreich evakuiert, 45.000 ins Zentrum des Landes und in den Norden.
Die Großherzogin und die Regierung (mit Ausnahme von Nicolas Margue) flüchteten als Luxemburger Exilregierung über Frankreich nach Portugal, später nach London und Montreal. Nur der Generalsekretär der Regierung Albert Wehrer, an der Spitze einer Regierungskommission, sowie die 41 Abgeordneten blieben zurück.