抗日战争时期，温州府所在地设在永嘉，下辖永嘉、乐清、瑞安、平阳、泰顺五县。鹿城区、瓯海区、苍南县、文成县尚未成立，洞头区隶属台州。
日军三次入侵温州，1941 年 4 月、1942 年 7 月为短期扫荡，第三次入侵在1944 年9月，至1945年6月才败退，占领温州近 10 个月。
在日寇占领温州期间，下辖永嘉、乐清、瑞安、平阳四个县城同时被占领，泰顺县因地处浙南山区，地形险要，是温州唯一未被日军直接侵占的县域。尽管泰顺未被日军直接抢占，但是仍多次遭日军飞机轰炸，炸毁房屋 50 余间，伤亡 30 余人。
日军占领温州期间，温州军民奋起反抗。除国民革命军之外，温州的抗日武装主要包括中共领导的浙南游击纵队、地方抗日自卫队等力量，他们针对日军的侵占与扫荡开展了游击战、伏击战、据点袭扰战等多种形式的反击。其中莲花山战斗是温州抗战史伤亡最重、规模最大的正面攻防战。
莲花山战斗主战场位于今温州市区景山森林公园核心区域，整个战斗累计历时23天，战斗虽然毙伤日军100余人，但是也造成参战的国民革命军第 88 军新 21 师官兵伤亡2000余人。
日军占领温州期间，共造成5000多军人的伤亡，造成全市平民死亡超 1.2 万人，受伤超 2.5 万人。
日军在各县都制造屠杀平民的惨案，典型惨案有：永嘉西山惨案死亡 87 人、瑞安塘下惨案死亡 32 人、平阳山门惨案死亡 103 人、乐清虹桥惨案死亡 78 人，各县零散屠杀导致的死亡人数超 5000 人。
日军在温州境内累计烧毁、炸毁房屋12.3 万间，其中永嘉县城损毁 4.2 万间、瑞安县城损毁 2.1 万间、平阳鳌江损毁 1.8 万间，大量民宅、商铺、学校化为焦土。
日军还抢夺粮食超8000万斤，食盐超1.5万吨，导致当年温州发生严重饥荒，洗劫商铺、富户与寺庙抢夺银元超10万块，黄金2000两。
日军在占领区强征民夫超 5 万人次，其中约 3000 人被掳往日本、东南亚充当劳工，多数客死异乡。
以上数据为战后温州各县政府联合统计的结果，因战时档案流失、部分乡镇沦陷后无法统计，实际损失远超上述记载。
图片为温州华盖山公园的工农兵雕像