제2차 세계대전 중 운용과학은 폭발적으로 성장하였다. 전쟁 중 영국에서는 1,000여명 이상의 연구자들이 운용과학 분야에 종사하였고, 영국 육군에만 200여명의 과학자들이 있었는데, 이들 대부분은 수학, 물리학 등을 전공한 과학자들이었다(Kirby, 2003). 이들 초기 운용과학 연구진은 대잠수함전 및 대공전 전략 연구, 초기 레이더 개발 등의 업무를 수행했다. 1941년 태평양 전쟁이 발발하며 미국이 참전하게 되자 운영과학의 중심은 미국으로 옮겨졌는데, 제2차 세계대전 중 레이더를 개발한 것으로 유명한 MIT의 Radiation 연구소의 초기 연구 성과들은 바로 이 영국의 운용과학 그룹으로부터 인계받은 것이다. 또 당시 백악관 산하 OSRD(the Office of Scientific Research and Development)를 이끈 바네바 부시는 미국 국방성 산하에 “Applied Mathematics Panel(AMP)”를 설립하고 국방 분야에 필요한 주요한 문제를 수학자들과 함께 해결할 수 있는 조직을 설립했다. AMP는 전쟁 중 200여 가지의 연구를 수행했고, 캘리포니아 대학 버클리 캠퍼스의 연구진이나 콜롬비아 대학의 통계학자들과도 공동연구를 수행했다.
제2차 세계대전 중 영국을 시작으로 크게 발전한 운용과학은 전쟁 중 대잠수함전과 대공전 전략 연구, 레이더 개발 등에 기여하였고 미국으로 연구의 중심이 옮겨간 후 미국 국방성은 AMP를 세우고 수학자들로 이루어진 조직을 만들어 국방분야의 문제들을 해결하기 위한 수많은 연구를 진행했다.