Bien qu'il ne soit plus mobilisable, Léon Bronchart s'engage lorsque commence la Seconde Guerre mondiale, et est affecté comme sergent-chef à la 7e section des chemins de fer de campagne, à Beauvais. L'avancée des armées allemandes et un ordre de repli l'amènent à une retraite qui le conduit ensuite à Bordeaux. Après l'armistice, il est envoyé à Brive, au « dépôt vapeur de service rapide ». Il participe à la Résistance, dans le réseau Combat. Fin 1942, il fournit des faux papiers à ses voisins juifs et facilite le passage en zone occupée italienne d'un de leurs amis en lui fournissant un uniforme de la SNCF.
Refus d'obéissance
Le 31 octobre 1942, Léon Bronchart se trouve en service à Montauban :
« Quand, en attendant ma mise en tête, j'assiste à l'évolution d'une rame que l'on ajoute au train que je dois emmener. Sur les marchepieds des éléments de la Police d'Etat gardent les portières, j'effectue ma mise en tête et je m'enquiers auprès du sous-chef de gare de la raison d'un tel service d'ordre et de sécurité. Il m'apprend que ce sont des internés politiques que l'on transfère d'Eysse à Saint-Pol-des-Jeaux. Aussitôt ma détermination est prise, je refuse d'emmener le train. Chef de gare, chef de dépôt, sous-chef de dépôt, inspecteur viennent au pied de la machine discuter avec moi : malgré les conseils, les objurgations, les sommations, les menaces, j'ai continué à refuser ; quand j'en ai eu assez, j'ai coupé moi-même la machine, et avancé auprès du mat. Rentré au dépôt, je me suis rendu au bureau du chef de dépôt, au sous-chef, j'ai dit : "Si vous voulez, faites venir un médecin pour qu'il puisse constater que je ne suis ni fou, ni ivre". »
Ce refus d'obéissance, unique parmi les cheminots français, lui vaut l'admiration et les félicitations de ses collègues, et de nombreuses candidatures pour se joindre à des actions de résistance. Il lui vaut également une suspension. Il est entendu par ses supérieurs, mais son passé et ses décorations d'ancien combattant contribuent à leur clémence. Il reçoit un avertissement et ses primes de fin d'année 1942 sont supprimées.
Arrestation et déportation
Le réseau auquel participe Léon Bronchart mène de nombreuses opérations : sabotages, distributions clandestines de journaux et de tracts, attentats, etc. Le 29 janvier 1943, il est arrêté à son domicile par les Allemands, ainsi que son fils aîné – 20 ans cette année-là. Tous deux sont interrogés et battus, puis internés au camp de Royallieu à Compiègne. Ils sont ensuite déportés, toujours ensemble, passant à Oranienburg, en mai 1943 à Staaken, en septembre 1943 à Buchenwald et finalement ce même mois à Dora. Ils vont survivre près de deux ans aux terribles conditions de ce camp, annexe de Buchenwald ensuite devenue un camp autonome. Ils y sont séparés, et ce n'est qu'après la guerre que Léon Bronchart apprendra que son fils a comme lui survécu. Début 1944, avec d'autres internés français il parvient à effectuer des sabotages, après qu'ils ont compris que le camp fabrique des armes - il s'agissait des fusées V2.
En juillet 1944, les déportés sont évacués, d'étape en étape jusqu'à Bergen. Le 15 avril 1945, les troupes britanniques libèrent le camp. Le 30 avril, Léon Bronchart est enfin de retour chez lui. Il indique ainsi le faible nombre de survivants de Dora :
« Sur plusieurs dizaines de milliers de Français qui ont alimenté Dora, au recensement nous restons quatorze cents ! Sur les matricules 14.000, 20.000, 21.000 à 22.200 qui sont arrivés à Dora en septembre-octobre 1943, nous sommes 42 ; sur les soixante-dix d'Oranienburg nous restons deux : un mineur de Sallaumine et moi. »
Pendant son absence, son épouse Charlotte n'a cessé de participer à la Résistance.