La famille vivait heureuse dans une confortable maison de la rue Neuve-Saint-Pierre (au n° 126), quand la Belgique fut envahie par les armées allemandes le 3 août 1914. Les trois fils aînés d'Henri Pirenne servirent dans l'armée belge et l'on a déjà dit qu'à l'un d'eux la patrie réclama le sacrifice total. Malgré l'angoisse de savoir un fils disparu et bientôt malgré la douleur de le savoir tué, Pirenne fut, sous l'occupation, de ceux qui entretinrent le moral de leurs compatriotes. Son action pour la défense des institutions belges,   et  tout   particulièrement   de l'Université de Gand, contre les manœuvres de l'ennemi fut énergique et constante. Le 18 mars 1916, il était arrêté, en même temps que son collègue et ami Paul Fredericq, et déporté en Allemagne. Cette arrestation provoqua dans tous les pays d'Europe et d'Amérique une véritable indignation ; elle contribua fortement au développement d'un état d'esprit hostile aux Empires Centraux, dans les milieux intellectuels des pays non belligérants. Prisonnier d'abord au camp d'officiers de Krefeld, puis à partir du 12 mai 1916 au vaste camp d'internés civils d'Holzminden, il fut à la suite de démarches du pape, du roi d'Espagne Alphonse XIII et du président Wilson, autorisé, le 24 août 1916, à résider à Iena en compagnie de Paul Fredericq. Le 24 janvier 1917, leur commune présence en cette ville fut jugée dangereuse pour la sécurité de l'empire. Les amis furent séparés. Pirenne fut envoyé en résidence surveillée en Thuringe, à Kreuzburg an der Werra. Le 8 août 1918, Mme Pirenne et le jeune Robert purent venir l'y rejoindre.

La captivité n'eut pas raison de l'énergie de Pirenne. Il sentit que le travail lui permettrait de résister à toutes les influences déprimantes et il eut le courage de s'y adonner. A Krefeld, il apprit le russe avec un officier des armées du Tsar ; à Holz-minden, il se dévoua pour améliorer le sort de ses co-internés belges et il enseigna l'histoire économique à des étudiants russes ; à Iena, la bibliothèque universitaire le mettait à même de réunir des notes sur bien des sujets d'histoire. A Kreuzburg il effectua un tour de force intellectuel. N'ayant guère à sa disposition que deux ou trois manuels d'histoire à l'usage des gymnases allemands, il entreprit, le 31 janvier 1917, d'écrire une Histoire de l'Europe depuis la fin de l'Empire Romain. Et travaillant jour après jour, de la manière régulière qui était la sienne à Gand ou en villégiature, il rédigea cette œuvre considérable, atteignant le  début  du   XVIe siècle au moment où le, 11 novembre 1918 allait mettre fin à son internement. Seul un géant de l'esprit était capable de cette réalisation.

Les Souvenirs de captivité en Allemagne publiés en 1920 par Pirenne dans la Revue des Deux Mondes et cette même année, en volume, à Bruxelles, reflètent à chaque page la simplicité, la noblesse et la fermeté de caractère de leur auteur.