В сентябре 1939 года участвовал в польской кампании, командуя VIII армейским корпусом в 14-й армии. Взял Краков. Награждён планками к Железным крестам (повторное награждение). 22 октября 1939 года был назначен командующим 16-й армией (левый фланг Западного фронта против Франции), а 19 июля 1940 года, после взятия Вердена, получил звание генерал-полковника и Рыцарский крест (№ 45).
В июне 1941 года Буш и его 16-я армия, входившая в группу армий «Север», вторглись на территорию СССР, захватив к 8 сентября Демянск. В последующем армия принимала участие в блокаде Ленинграда, обороняла фронт между Старой Руссой и Осташковым, а также демянский плацдарм. Отбил советское наступление в ходе Старорусской операции. В августе 1943 награждён Дубовыми Листьями к Рыцарскому кресту. 1 февраля 1943 года за успешные оборонительные операции Буш был произведен в генерал-фельдмаршалы, и 12 октября 1943 принял командование группой армий «Центр» Восточного фронта. На этом посту ему удалось отразить советское наступление в ходе Оршанской операции и с большим трудом — в Витебской операции.
Однако в Белорусской операции вверенная ему группа армий потерпела сокрушительную катастрофу. 22 и 23 июня 1944 года советские войска, превосходившие группировку Буша по всем составляющим, обрушили на неё первые удары операции «Багратион». 720-километровый немецкий фронт рухнул, 29 июня советские войска вышли на рубеж Березины, к исходу 3 июля взяли Минск, окружив основные силы 4-й немецкой армии. 28 июня Буш был смещён с поста и заменён Вальтером Моделем.
20 марта 1945 года Буш был призван из резерва и назначен командующим вермахтом на Северо-Западе (Шлезвиг-Голштейн, Магдебург, Нидерланды), прикрывая север Германии от войск Монтгомери. На этом посту он и сдался британским войскам 4 мая 1945 года. В июле 1945 года пленный фельдмаршал умер в британском плену от стенокардии.
