Lay diente auch während des Zweiten Weltkriegs. In dieser Zeit stieg er zum Befehlshaber einer Bombereinheit auf und war an der Aufstellung der Eighth Air Force in England beteiligt. Schon zu Kriegszeiten verfasste er über seine Erlebnisse Zeitungsartikel. Nach dem Krieg veröffentlichte er 1945 das Buch I’ve Had It.
Sy Bartlett, der ebenfalls in der Air Force diente, überredete Lay, über ihr Leben während des Krieges das Buch Twelve O’Clock High zu verfassen. Es wurde 1948 veröffentlicht und auf dessen Grundlage entstand im Jahr darauf der Film Der Kommandeur, an dem beide als Drehbuchautor mitwirkten. In der Folge war Lay an weiteren Produktionen, die alle einen Bezug auf die Air Force bzw. zum Militär aufweisen, als Drehbuchautor beteiligt. Zudem schrieb er weitere Bücher.