1 сентября 1939 года правительство Франции объявило войну Третьему рейху вопреки воле Национального собрания, то есть французского парламента.

17 мая 1940 года маршал Петен стал заместителям премьер-министра. 16 июня 1940 года — премьер-министром. Он формирует новое правительство Франции, которое в ночь на 17 июня обращается к Германии с просьбой о перемирии.

10 июля 1940-го в городе Виши Национальное собрание изменило политический строй государства и 569 голосами против 80 при 17 воздержавшихся. Петен приобрёл высшую законодательную, исполнительную и судебную власть; его должность получила название «Глава Французского государства». Этот закон ознаменовал конец Третьей Французской республики и появление Французского государства (фр. Etat Français), более известного как режим Виши, по названию города, который де-факто был столицей. Режим Виши получил признание не только со стороны Германии и Италии, но и со стороны ряда нейтральных стран - в частности США и СССР.

После встречи с Гитлером 24 октября 1940 года Французское государство, хотя и сохраняло независимость, стало проводить коллаборационистскую политику. Франция обязалась помогать Германии в войне с Англией: в частности, немецким и итальянским войскам предоставлялись базы в колониях. Кроме того вводились антисемитские законы и устанавливалось «экономическое сотрудничество», в реальности совершенно невыгодное для Франции. Наконец, фотография с рукопожатием Гитлера и Петена распространилась во всём мире и использовалась, в частности, в немецкой пропаганде.

После обретения единоличной власти, Петен изменил государственную символику, а также ввёл и пересмотрел множество различных законов. Эти меры получили собирательное название «Национальная революция» (фр. Révolution nationale) и были призваны избавиться от наследия Третьей республики, политический строй которой Петен не одобрял и обвинял в поражении страны. В частности девиз «Свобода, равенство, братство» был заменён на «Семья, труд, отечество» (фр. Travail, Famille, Patrie), герб - на галльскую секиру, гимном де-факто стала песня «Маршал, мы здесь!» (фр. Maréchal, nous voilà!). В июле был пересмотрен закон о натурализации 1927 года, в результате чего гражданства лишились 15 тысяч человек. В августе были запрещены тайные общества, в сентябре был подтверждён запрет коммунистической партии, действовавший с 1939 года, а в октябре был выпущен первый закон, ограничивающий евреев в правах. В дальнейшем отношение к евреям в стране ухудшалось, и хотя репрессии не достигали такого масштаба, как в Германии, крупнейшим проявлением антиеврейской политики стала облава «Вель д’Ив» в июле 1942 года, при которой было арестовано 13000 евреев, большая часть которых была впоследствии убита. Изменялся и способ передачи власти: выборы отменялись, а преемника назначал сам Петен - таковым был назначен Лаваль, а позже вместо него - адмирал Франсуа Дарлан. Также присутствовал культ личности маршала, однако он был обусловлен в большей степени его личной популярностью, а не принуждением.

22 июня 1941 года Германия напала на СССР, началась Великая Отечественная война. С разрешения Петена был сформирован «Антибольшевистский легион», отправленный на войну с СССР под немецким командованием. Тем же летом Петен просил Гитлера вернуть Эльзас-Лотарингию взамен на вступление в войну против СССР, но тот отказался и потребовал дополнительных уступок: например, была введена трудовая повинность как для мужчин, так и для женщин, состоявшая в отправке работников в Германию взамен отправленных на фронт немецких рабочих. Уклоняющихся отправляли в концлагеря. В общей сложности в Германию угнали 963 813 французов. 12 августа, на фоне начавшейся войны, Петен объявил об усилении роли власти в стране. В частности политические партии были распущены, запрещались собрания и митинги, а финансирование полиции увеличивалось вдвое.

8 ноября 1942 года голлисты и британцы высадились в Северной Африке. Все французские колонии признали де Голля и порвали с Петеном. После высадки союзников Гитлер предлагал Франции вооружённую поддержку, однако правительство Виши под различными предлогами отказывалось. Это усиливало подозрения Гитлера относительно режима Виши, и 11 ноября началась операция «Антон», целью которой была полная оккупация Франции, прошедшая без какого-либо сопротивления. Логическим продолжением операции был захват демобилизованного флота в Тулоне, состоящего из более чем ста кораблей, однако командиры флота успели его затопить, и Оси не досталось ни одного корабля.

Со время оккупации немцами территории Французского государства, власть французского правительства стала чисто номинальной. Петен ушел с поста премьер-министра, назначив премьер-министром Пьера Лаваля.

Режим Виши прекратил существование в 1944 году с освобождением Франции союзниками и повстанцами Сопротивления. В августе 1944-го, при приближении союзников и сил Сопротивления, Петен и его правительство были насильно эвакуированы немцами в Баден-Вюртемберг, в замок Зигмаринген. Там они были взяты весной 1945 союзниками в плен и препровождены в Париж.

23 июля начался суд над Петеном. Судебная комиссия состояла из президента комиссии, двух профессиональных судей и 24 рядовых членов комиссии, которые выбирались из парламентариев, проголосовавших против наделения Петена высшими полномочиями в 1940 и из членов Сопротивления.

Обвинялся Петен в первую очередь за заключение перемирия с Германией в 1940 и за присвоение верховной власти в том же году. Обвинений по поводу депортации евреев, отправки французов на работы в Германию и работы Французской милиции при этом не вменялось.

Приговор был вынесен 15 августа. 14 голосами «за» и 13 — «против» Петена признали виновным в государственной измене и приговорили к смертной казни, конфискации имущества и поражении в правах (фр. indignité nationale), но по причине преклонного возраста суд рекомендовал отказаться от казни. 17 августа приговор был смягчён: де Голль, на тот момент — глава временного правительства, подписал официальное помилование и Петен приговаривался к пожизненному заключению. Он был исключён из Французской академии, но сохранил жезл и звание маршала Франции.

23 июля 1951 г. Петен умер. Он был похоронен на том же острове в форме маршала Франции, несмотря на составленное в 1938 году завещание, в котором он просил похоронить его в Вердене, среди павших в Верденской битве.