Nadat Japan in korte tijd de Amerikaanse vloot in de Stille Oceaan had uitgeschakeld, slaagde het er in hoog tempo in zowel ter zee als in de lucht in Zuidoost-Azië militair overwicht te verkrijgen. Op 11 januari 1942 viel Japan ook Nederlands-Indië aan en veroverde Menado op Celebes en het olierijke eiland Tarakan aan de oostkust van Borneo. Na de door Japan gewonnen slag in de Javazee, op 27 februari 1942, konden zijn troepen vrijwel ongehinderd Java bezetten.
Al op de eerste dag van de invasie ging het vliegveld Kalidjati voor de Nederlanders verloren. Op 8 maart capituleerde het Koninklijk Nederlands-Indisch Leger en begon de Japanse bezetting van Nederlands-Indië. Op Sumatra bleef generaal Overakker met zijn troepen doorvechten en ook op Java, Timor en Nieuw-Guinea werd de guerrilla voortgezet. Eind maart waren de belangrijkste eilanden echter door Japan bezet.
Ruim 42.000 Europese militairen raakten tijdens de Japanse bezetting van Nederlands-Indië in krijgsgevangenschap. Het waren vooral militairen van de Koninklijke Marine en militairen van het koloniale leger, het KNIL. De Indonesische KNIL-soldaten - rond de 55.000 - maakten massaal gebruik van de mogelijkheid na het ondertekenen van een loyaliteitsverklaring hun vrijheid te herkrijgen. Een deel van hen nam vervolgens gedwongen of uit noodzaak dienst als hulpsoldaat (heiho) in het Japanse leger. Enkele honderden christelijke inlandse militairen vooral Ambonezen, Timorezen en Menadonezen weigerden deze verklaring af te leggen. Zij brachten de gehele Japanse bezettingstijd in krijgsgevangenschap door, samen met het marinepersoneel en de Nederlandse KNIL-militairen, van wie het merendeel van Indische afkomst was.
Ook burgers werden geïnterneerd. In de Buitengewesten werd kort na het begin van de bezetting de hele Europese burgerbevolking opgesloten. De mannen werden gescheiden van de vrouwen en in aparte kampen opgesloten. Ook bestonden er aparte jongenskampen. Zowel binnen als buiten de interneringskampen ronselde de Japanse bezetter vrouwen en meisjes die als troostmeisjes hun lichaam ter beschikking moesten stellen van de Japanse soldaten. Op Java verliep de internering van de burgerbevolking gefaseerd. Aanvankelijk werden alleen veel Nederlandse ambtenaren en werknemers en werkgevers uit het bedrijfsleven vastgezet. Later moesten alle Nederlanders op Java die ouder waren dan 17 jaar zich laten registreren. Bij de registratie werd onderscheid gemaakt tussen volbloed Nederlanders en Indo-Europeanen. Uiteindelijk werden op Java alle Nederlanders geïnterneerd, terwijl het merendeel van de Indo-Europeanen hier niet werd opgesloten. Toch belandden uiteindelijk ook veel Indos in een interneringskamp. Naar schatting 13.000 mensen zijn tijdens hun gevangenschap om het leven gekomen.
In de loop van 1944 slaagden de Amerikanen erin de eilanden Kwajalein en Eniwetok in de Marshall-archipel te veroveren. Japan verloor ook de eilanden Saipan en Tinian in de Marianen-archipel, waardoor Amerikaanse B-29 bommenwerpers voortaan rechtstreeks doelen in Japan konden treffen. In Zuidoost-Azië en Oceanië wisten de geallieerden steeds meer gebieden op de Japanners te heroveren: Birma, de Salomonseilanden en een deel van de Filippijnen. In april 1944 was ook het stadje Hollandia in Nederlands Nieuw-Guinea door de Amerikanen heroverd. Nieuw-Guinea, dat deels tot Nederlands-Indië, deels tot Australië behoorde, was in maart 1942 door Japan aangevallen waarna het noordelijk deel bezet was. Langs de noordelijke kust hadden Australische troepen sindsdien strijd geleverd met de Japanners. In deze Nieuw-Guinea Campagne werden de Australiërs bijgestaan door Papua's, die actief waren als soldaten, gidsen en dragers.
Met uitzondering van een deel van Nieuw-Guinea werd de terugtrekking van de Japanse troepen in Nederlands-Indië en in andere door hen veroverde gebieden afgedwongen door de Amerikaanse inzet van atoomwapens. Op 6 augustus 1945 viel de eerste atoombom op Hiroshima, de tweede op 9 augustus op Nagasaki. Tegelijkertijd verklaarde de Sovjet-Unie Japan de oorlog en rukte het Rode Leger Mandsjoerije en Korea binnen, en bezette tevens de Koerilen en Sachalin. Het was uiteindelijk de Japanse keizer Hirohito zelf die tot overgave besloot, op voorwaarde dat hij als soeverein vorst kon aanblijven. Op 15 augustus maakte de tenno in een radiotoespraak de capitulatie van zijn land bekend.
Twee dagen later riepen de Indonesische nationalisten onder leiding van Soekarno en Hatta de onafhankelijkheid uit. Indonesische strijdgroepen begonnen een vrijheidsstrijd om te voorkomen dat het koloniale Nederlandse bewind zou terugkeren. De eerste maanden van deze verwarrende en bloedige periode staat bekend als de Bersiap. Eind 1945 was de Nederlandse overheid weer teruggekeerd in Batavia, dat door de nationalisten in Jakarta was omgedoopt. De republikeinen beheersten vanuit Yogyakarta grote delen van het land. Er kwamen onderhandelingen op gang tussen de Nederlandse en Indonesische regering. Bovendien stuurde Nederland 120.000 militairen naar Indië, voor het grootste deel achttienjarige dienstplichtigen. Na mislukte onderhandelingen en een koloniale oorlog de twee zogenoemde Politionele Acties (in juli 1947 en in december 1948) - droeg Nederland op 27 december 1949 de soevereiniteit over aan Indonesië.
Van 1945 tot 1948 waren bijna 110.000 evacués naar Nederland overgebracht om te herstellen van hun internering in Japanse kampen. Ongeveer de helft van hen beschouwde hun verblijf inderdaad als recuperatieverlof en keerde na verloop van tijd terug naar de republiek Indonesië. Begin jaren vijftig kwam als gevolg van de soevereiniteitsoverdracht een tweede stroom migranten uit Indonesië naar Nederland, zowel repatrianten als (Indische) Nederlanders en Nederlands gezinde Indonesiërs die veelal nog nooit in Nederland waren geweest. Het ging om een groep van rond 86.000 personen, merendeels burgerlijk en militair overheidspersoneel. Van hen ging ook een deel weer terug naar Azië. In latere jaren zagen nog eens circa 140.000 repatrianten zich gedwongen naar Nederland te komen, voor een groot deel burgers die in Indië geworteld waren.
