在担任陆军省军务局长期间，武藤章又积极参与了太平洋战争的策划。在战后远东国际军事法庭上，美国公诉人基南控诉武藤章是推动日本向美英开战的元凶。武藤章辩解说他在当时并无决策权。而基南引用大量文件，证明在日军偷袭珍珠港前的半年多时间里，召开过几十次会议讨论对美开战问题，武藤章每次都到会鼓吹对美开战，并参与制订了《关于促进南方施策的方案》。如田中隆吉证实：“1941年11月25日，美国国务卿赫尔曾对日本发出最后通牒。4天后的同月29日，武藤章局长就断然拒绝说：‘假如日本接受这项要求，那日本必将成为赤贫而毁灭，所以无论如何也要出之一战。’”
1942年，武藤章晋升为中将，调任近卫师团长，率军入侵菲律宾；1944年调任第14方面军参谋长。在侵略东南亚期间，武藤章又犯下屠杀东南亚人民和盟军战俘的罪行。
在战后国际军事法庭上，中国公诉人以确凿证据提出：在“武藤章被任命为日本驻北苏门答腊帝国近卫军司令官”之后，“凡是由其军队占领的地区，就都有最残酷的暴行发生，武藤章对此负有责任。战俘和被拘禁人员遭受的是饥饿、有病有伤不予医治、刑讯拷打和任意杀戮，而对待平民百姓则采取灭绝政策。”尽管武藤章仍为自己的罪行百般辩护，远东国际军事法庭依然认定：“他在菲律宾任参谋长期间，日本军队正在对平民搞大批杀害、刑讯和其他暴行活动，对待战俘和被拘禁人员则是用饥饿、刑讯折磨他们，或把他们杀掉。武藤章对此等令人发指的违反战争法规的行为负有责任。”
上述事实表明，武藤章自参加日本军队之后，一直为日本的侵略扩张政策服务，并积极鼓吹扩大侵华战争，在侵华战争和太平洋战争中犯下了不可饶恕的罪行。
1948年11月4日，远东国际军事法庭判定武藤章为甲级战犯，宣判对其处以绞刑。同年12月23日，武藤章在东京鸭巢监狱被执行绞刑。