Lata wojny przeżyła w Warszawie. Natychmiast po kapitulacji stolicy zaangażowała się w działalność konspiracyjną. Pełniła wiele funkcji, przekazywała m.in. pieniądze profesorom Uniwersytetu Warszawskiego, którzy znaleźli się w trudnych warunkach materialnych, docierała z pomocą do rodzin osób uwięzionych lub rozstrzelanych; dostarczała leki i niezbędne środki sanitarne dla tych, którzy ukrywali się w lasach. Gdy w listopadzie 1939 roku Niemcy wydali zarządzenie o zakazie udzielania pomocy rodzinom żydowskim Sendlerowa znalazła sposób na omijanie tego przepisu. Załatwiła dla siebie i kilku koleżanek przepustki do getta. Wchodziły tam pod pretekstem kontroli sanitarnych i dezynfekcji. Wnosiły pieniądze, żywność, ubrania, lekarstwa oraz szczepionki. Rozpaczliwa sytuacja i rozmiar tragedii rodzin żydowskich z jaką spotkała się w getcie wpłynęły na podjęcie decyzji o ratowaniu dzieci. Była to potrzeba serca, która nie wynikała z pobudek religijnych czy politycznych. Po latach powie: „kiedy hitlerowcy postanowili wymordować naród żydowski, nie mogłam na to patrzeć obojętnie". Dróg i sposobów przerzutu dzieci było kilka. Wybór zależał od płci i wieku dziecka, od tego czy znało język polski.

Do lata 1942 roku, nie korzystając z pomocy organizacji działających w konspiracji, z narażeniem życia własnego i swoich bliskich wyprowadzała z getta dzieci i umieszczała w bezpiecznych miejscach po stronie aryjskiej np.: w polskich rodzinach, zakonnych zakładach opiekuńczych. Dokumentacje uratowanych dzieci umieściła w dwóch butelkach zakopanych pod jabłonią w ogrodzie swojej przyjaciółki. Od grudnia 1942 roku jej działalność wspomagała Rada Pomocy Żydom Żegota. Szacuje się, że uratowała około 2,5 tysiąca dzieci żydowskich. W październiku 1943 roku na trop jej działalności wpadło Gestapo. Aresztowana, torturowana i więziona na Pawiaku, po kilku tygodniach została skazana na śmierć. Żegota podjęła ryzyko wydostania Pani Sendlerowej z Gestapo i udało się. W dniach powstania warszawskiego pomagała w jednym ze szpitali powstańczych jako pielęgniarka.