Значительные сдвиги в развитии промышленности Казахстана произошли с началом Второй мировой войны. С 1930-х годов советские управленцы сосредоточились на развитии горнодобывающей промышленности в ущерб другим отраслям производства, особенно сельскохозяйственной продукции. Угольные копи Караганды, закрытые из-за нехватки транспорта до 1930 года, были снова задействованы. Их продукция стала подниматься с 30 тыс. метрических тонн угля в 1930 году до 3,9 млн в 1937 году и до 6,3 млн в 1940-м. Урало-Кузнецкий металлургический комбинат не был экономичным ввиду необходимости перевозок угля на дальние расстояния. Это побудило руководство разрабатывать после 1933 года в Караганде коксующиеся угли для мартеновских печей в Магнитогорске. Добыча нефти на месторождениях Эмбы также увеличилась после возведения новых скважин в южной части нефтеносных полей. Выпуск продукции вырос с 269 тыс. метрических тонн в 1928–1929 годах до 864 тыс. тонн в 1941 году. Повышенное внимание уделялось производству цветных металлов в Риддере, Карсакпае и других горнодобывающих районах. Запустили предприятие на северном берегу озера Балхаш, где была обнаружена медь. Медеплавильный завод начал выдавать продукцию в 1938 году. В Усть-Каменогорске завод по производству свинца и цинка начал работу в 1939 году, когда Казахстан вышел в лидеры СССР по производству меди и обеспечивал Союз большей частью цинка.

Другие отрасли в это время развивались в меньшей степени. Химическая промышленность была представлена заводом удобрений в Актюбинске, который построили в 1936 году, как это ни странно, для обработки апатитов, привозимых с Кольского полуострова в Северо-Западной России. Этот завод мог использовать поставки фосфатов из Южного Казахстана после открытия месторождений в Чулактау в 1936–1937 годах. На озере Индер в нижнем течении реки Урал в Западном Казахстане разрабатывались также калийные соли и бораты. Небольшое развитие получила в 1930-х годах металлообработка, если исключить установку механических мастерских на различных горнодобывающих и транспортных предприятиях.

Как и южные республики, Казахстан в годы Второй мировой войны ускорил развитие промышленных отраслей, необходимых для обороны. Возможно, наиболее важным событием в экономике во время войны было сооружение металлургического комплекса близ Караганды в Темиртау. Этот завод выдал первую сталь в конце 1944 года, но у него, как и у Бекабада, не было полного металлургического цикла. Он работал на импортированных металлических болванках и металлоломе. Его мощность доходила приблизительно до 250 тыс. метрических тонн стали. В Актюбинске построили завод ферросплавов для эксплуатации месторождения хрома, открытого на данной территории в 1937 году, как полагали, самого крупного месторождения этого металла в мире.

Механизм поиска новых минеральных месторождений был запущен потому, что источники металлических минералов в западной части Европейской России и на Украине были захвачены германской армией. На территории Балхашской меднорудной зоны начались разработки молибдена и вольфрама, а в Центральном Казахстане были найдены марганец и никель. В Текели Джунгарского Алатау начал работу комбинат по производству свинца и цинка, а после войны были запущены в эксплуатацию заводы по производству свинца и цинка в Усть-Каменогорске. В целом Казахстан производил около 67 % молибдена, 50 % меди и 80–90 % свинца, производимого во время войны в Советском Союзе.

Потеря во время войны Донбасса способствовала ускорению темпов добычи угля в Караганде, где были воссозданы завод по производству шахтного оборудования, эвакуированный из Донбасса, и Горный институт из Москвы. Около 20 шахт было возведено в Караганде во время войны, и общее производство угля в Казахстане выросло с 6 млн 972 тыс. метрических тонн в 1940 году до 12 млн 015 тыс. метрических тонн в 1945-м. Производство нефти на месторождениях Эмбы увеличилось с 697 тыс. метрических тонн в 1949 году до 788 тыс. метрических тонн в 1945-м. Нефть перерабатывалась, по крайней мере частично, на крекинг-установке и нефтеочистительном заводе, построенном в Гурьеве у терминала трубопровода с нефтеносных полей.

Эвакуация промышленных предприятий из Западной России увеличила промышленный потенциал Казахстана. Среди них – заводы по производству горнодобывающего оборудования, тяжелых механизмов и автоматических прессов (для Караганды, Алма-Аты и Чимкента), Подольская швейная фабрика, цех проката цветных металлов, цеха машиностроительных заводов, текстильные фабрики и прочее. Однако мощность некоторых из этих предприятий неизвестна, и трудно определить, насколько их появление увеличило промышленное производство.

Список электростанций, построенных в Северном Казахстане перед Второй мировой войной, не впечатляет. К 1940 году большинство добывающих центров и крупных городов имели свои собственные тепловые станции, а ГЭС была построена на реке Ульба, притоке Иртыша, для снабжения электроэнергией Лениногорска. Во время войны производство электроэнергии в Казахстане почти удвоилось, когда ввели в эксплуатацию заводы, особенно в местах разработки новых месторождений. В послевоенный период построили крупные ГЭС, такие как Усть-Каменогорская на Иртыше мощностью 322 тыс. киловатт, которая начала работу в 1953 году, а также ГЭС Бухтармы на Иртыше общей мощностью 455 тыс. киловатт. Плотина этой ГЭС создала вверх по Иртышу водохранилище размером с озеро Зайсан. Энергетический комплекс под Усть-Каменогорском в Шульбе предназначен для снабжения дешевым электричеством центров горнорудной промышленности на Алтае.

Наиболее важным достижением казахской промышленности со Второй мировой войны было дальнейшее развитие металлургического производства в Караганде. Строительство комбината полного цикла началось в 1956 году у железной дороги между Карагандой и Темиртау. Были построены также две больших мартеновских печи для производства чугуна и запланированы новые печи. Производственную мощность комбината, одного из крупнейших в Советском Союзе, планировалось довести постепенно до 3,5 млн метрических тонн стали в год. Специализация комбината – производство листовой стали. Требуемое для этого сырье добывалось сравнительно легко, поскольку уголь и железная руда разрабатывались в Центральном и Северном Казахстане. Сталь, выпускаемая этим комбинатом, была одной из самых дешевых в Советском Союзе.

Существенной проблемой для региона стал дефицит воды. В большом количестве она необходима для тушения кокса, охлаждения мартеновских печей и производства пара. Хотя возможно повторное использование и консервация воды, как это происходит на комбинате в Фонтане на засушливой территории Южной Калифорнии. Предполагали использовать подземные воды района Караганды, но решили проложить канал от Иртыша у Ермака к северу от Экибастуза и затем на юг к Караганде. Работы по строительству 320-мильного канала начались в 1961 году. Воды канала предназначались для промышленных целей и для орошения.

Развитие металлургической промышленности сопровождалось ростом разработок железной руды, особенно богатых железом месторождений в районе Кустаная, а также менее значительных месторождений к югу от Караганды, недалеко от Джезказгана и к северу от Аральского моря. Были построены заводы по обогащению руды, а руды Северного Казахстана отправлялись на Урал.