Après le retour de l'Alsace-Lorraine à la France, Paul Welsch effectue un service militaire français pour devenir capitaine de cavalerie de réserve. En 1939-40, il participe à la guerre sur le front de Lorraine. Il s'y distingue pour sa conduite au feu et est décoré chevalier de la Légion d'Honneur le 4 octobre 1940.

Il est fait prisonnier à l'armistice près de Saint-Dié : campement d'abord à Sélestat puis captivité de cinq jours à la caserne Hirth de Strasbourg. De là, il est expédié à Mayence puis au nord de Vienne en Autriche dans l'Oflag XVII. Il réalise de ces différents séjours une série de dessins qu'il signe "Velche" pour effacer toute trace germanique dans son nom. Lorsqu'il les exposera à Paris au Grand Palais en août 1944 puis, fin 1946, au Salon des Artistes Libérés, il signera les œuvres qui ne l'étaient pas de son véritable patronyme.

En automne 1941, il est transféré à l'Oflag V.a de Weinsberg. Il y consacre son temps à dessiner les costumes, les décors, les programmes de la troupe théâtrale constituée par les prisonniers : Les Caprices de Marianne de Musset, Les 30 millions de Gladiator de Labiche. Libéré comme ancien combattant français des vieilles classes, il passe par Stuttgart avant de pouvoir rejoindre Paris. Il séjourne la majeure partie du reste de la guerre en Dordogne, à Génis, dans le Périgord vert.