En 1939 le Hohenlychen passe sous le contrôle du Schutzstaffel (SS) pour l'effort de guerre. Travaillant sous l'autorité des médecins Gebhardt, Fischer et Oberheuser, il participe à des expériences médicales sur des prisonnières du camp de concentration de Ravensbrück. Ces expériences incluent la transplantation d'os et de muscle.
En 1945, pendant la bataille de Berlin, il travaille pour Hitler au Führerbunker sous la direction du docteur Theodor Morell. Sur l'ordre du Führer, il administre une capsule de cyanure à Blondi, le berger allemand que Martin Bormann avait offert à Hitler des années auparavant. Hitler voulait vérifier l'efficacité du produit et combien de temps il faudrait aux généraux allemands pour se suicider en avalant leurs capsules en cas de capture. Selon certaines sources, cet essai visait également à vérifier si les capsules n'avaient pas été volontairement modifiées. En effet, leur fabrication était assurée par un laboratoire sous le contrôle d'Himmler, ainsi que leur transport jusqu'au Führer, et Hitler considérait ce dernier comme un traitre depuis les pourparlers engagés avec les Britanniques. Certains témoins affirment que Stumpfegger aurait aidé Magda Goebbels à tuer ses enfants avant qu'elle se suicide avec son mari, Joseph Goebbels.
Le 1ermai, il tente de s'échapper du bunker avec Martin Bormann et Artur Axmann. Axmann se sépare d'eux peu après, fuyant une patrouille de l'Armée rouge ; il aurait vu les fronts de ses compagnons de loin. Pourtant, selon certains témoignages, Stumpfegger aurait rejoint la gare de Lehrter et s'y serait suicidé avec Bormann, tous deux absorbant le contenu de leurs capsules de cyanure.
(de) Die freie autoplastische Knochentransplantation in der Wiederherstellungschirurgie der Gliedmaßen. Erfahrungen und Ergebnisse. In: Deutsche Zeitschrift für Chirurgie Bd. 259 (1944), p. 495–746 (Habilitation)
(de) Angelika Ebbinghaus et Klaus Dörner, Vernichten und Heilen : der Nürnberger Ärzteprozess und seine Folgen, Berlin, Aufbau-Verlag, , 675 p. (ISBN978-3-351-02514-4 et 978-3-746-68095-8, OCLC46960299)
(de) Jochen von Lang, Der Sekretär Martin Bormann : der Mann, der Hitler beherrschte ; mit zahlreichen Dokumenten, Augsbourg, Weltbild, , 480 p. (ISBN978-3-8289-0558-0, OCLC76525651)
