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Fin 1938, après les accords de Munich, la Grande-Bretagne comprend enfin que le nazisme est une menace, et commence à se réarmer. Turing fait partie des jeunes cerveaux appelés à suivre des cours de chiffre et de cryptanalyse à la Government Code and Cypher School (GC&CS). Juste avant la déclaration de guerre, Turin rejoint le centre secret de la GC&CS à Bletchley Park. Il y est affecté aux équipes chargées du déchiffrage de la machine « Enigma » utilisée par les forces armées allemandes.
Turing participe aux recherches qui permettent de pénétrer les réseaux de l’armée de terre et de l’aviation. Il conçoit des méthodes mathématiques et des versions améliorées de la « Bombe » polonaise, machine électromécanique permettant d’essayer rapidement des ensembles de clés potentielles sur des blocs de communication d’ « Enigma ». Une fois l’affaire lancée, Turing prend la tête de l’équipe chargée de trouver les clés beaucoup plus hermétiques des réseaux de l’ « Enigma » navale.
Plus générale, l’approche de Turing transforme la cryptanalyse de technique élaborée en une branche des mathématiques. Il ne s’agit plus de deviner un réglage choisi parmi 159 milliards de milliards de réglages disponibles, mais de mettre en œuvre une logique fondée sur la connaissance du fonctionnement interne de la machine « Enigma » et d’exploiter les imprudences des chiffreurs allemands.
C’est alors que Turing rédige la première spécification d’une machine électromécanique capable d’abattre quotidiennement le travail de dix mille personnes. Turing et Knox mènent leurs travaux à Bletchley Park, principal site de décryptage du Royaume-Uni, le Government Code and Cypher School (GC&CS).
