Durante la Segunda Guerra Mundial, entre 1939 y 1945, Alan Turing trabajó en Bletchley Park. Bletchley Park se convirtió en un centro de espionaje contra la Alemania nazi. El trabajo de contraespionaje se organizaba en sectores ubicados en diferentes barracones: "En un sector los técnicos y analistas interceptaban los mensajes del Gobierno alemán o de sus ejércitos; otro sector se encargaba de descifrar los mensajes; mientras que un tercer sector, a partir de los mensajes descifrados, intentaba reconstruir el escenario o las intenciones de las operaciones militares de los alemanes." Alan Turing estaba en el barracón número 8. Se incorporó al Bletchley Park, el 4 de septiembre de 1939. Su trabajo era descifrar los códigos Enigma de la Marina alemana con el fin de romper el bloqueo naval que llevaban a cabo los submarinos U-Boot. Durante esta época, Alan Turing viajó a Estados Unidos para hacer de puente entre ambos países aliados. Parte de su trabajo fue diseñar un sistema cifrado para las conversaciones telefónicas entre Roosevelt y Churchill.
Ante el transcurso de la guerra, los británicos optaron por el diseño de una nueva máquina heredera de la máquina polaca Bomba que se trataba de un sistema electromecánica que emulaba el trabajo conjunto de máquinas Enigma. La primera versión fue ideada por Alan Turing en 1939 en Bletchley Park y fue construida por Harold Keen de la compañía BTM. Con posterioridad el modelo original de Bombe de Alan Turing fue mejorado por Gordon Welchman. El modelo final de Bombe es conocido como Bombe de Turing- Welchman. Una máquina Bombe "pesaba cerca de una tonelada e incluía 108 rotores agrupados de tres en tres, emulando los tres rotores de Enigma. A su vez, los grupos de tres rotores se agrupaban por docenas, es decir, la máquina estaba formada por tres secciones de 12 grupos de tres rotores." Los rotores realizaban un trabajo similar a los rotores de la máquina Enigma pero en sentido inverso, descifrando mensajes. El primer modelo de Bombe fue construido el 18 de marzo de 1940. A finales de la Segunda Guerra Mundial, en Bletchley Park hubo 211 máquinas Bombe, para cuyo mantenimiento y uso contaban con unas 2.000 personas. Gracias a estas máquinas, nació la leyenda de Alan Turing como criptógrafo. Gracias a la contribución de Alan Turing se conoció las fechas de los ataques aéreos contra el Reino Unido y las rutas de los submarinos y navíos alemanes; también contribuyó a la victoria en África contra el mariscal Rommel y facilitó las operaciones militares de los Aliados en la Europa continental. El diseño de la máquina Bombe fue una de las grandes contribuciones de Alan Turing en la Segunda Guerra Mundial. Otras contribuciones fueron procedimientos estadísticos como el Banburismus o el Turingery o método de Turing utilizados para descifrar mensajes cifrados.
Al terminar la contienda de la Segunda Guerra Mundial, Winston Churchill mandó destruir todas las máquinas Bombe y todos los documentos relacionados con el diseño y la fabricación de las máquinas así como su funcionamiento. Como hemos dicho antes, en este período, Alan Turing hizo de enlace entre el Reino Unido y Estados Unidos. Fue precisamente allí cuando comenzó a pensar en la posibilidad de construir una "máquina inteligente", lo que más tarde conduciría a su trabajo pionero en inteligencia artificial. También, comenzó a familiarizarse con la electrónica y su importancia en el desarrollo de los ordenadores. En 1945, ya concluida la Segunda Guerra Mundial, Alan Turing fue galardonado con la Orden del Imperio Británico.