À l’été de 1940, Hampton Gray s’enrôle dans la Réserve de volontaires de la Marine royale du Canada (RVMRC), à titre d’aspirant-officier. Il se rend compte qu’il lui faudra beaucoup de temps pour monter en grade dans la RVMRC, et il décide donc de demander une mutation dans l’aéronavale britannique (Royal Navy Fleet Air Arm).

En 1941, Hammy est promu sous-lieutenant et, après un entraînement plus poussé, il est envoyé en Afrique du Nord, en 1942. Il y passe deux ans et acquiert une précieuse expérience aux commandes d’avions Hawker Hurricane et d’autres avions basés à terre de la Marine.

Désormais lieutenant de vaisseau, Hammy souhaite être muté dans un escadron embarqué opérationnel, et son vœu se réalise quand il est envoyé, en août 1944, à bord du HMS Formidable, à titre de pilote en chef. Plus tard le même mois, Hammy participe aux combats contre le puissant cuirassé allemand Tirpitz, navire jumeau du Bismarck qui a terrorisé l’Atlantique Nord pendant une courte période en mai 1941. Pendant tout le mois, Hampton Gray participera à quatre attaques distinctes contre le Tirpitz, et il méritera une citation à l’ordre du jour pour le travail remarquable qu’il aura accompli lors de la dernière attaque contre le navire allemand déclenchée le 29 août 1944.

En avril 1945, le HMS Formidable et Hammy vont se joindre à la Flotte britannique du Pacifique, dans la lutte contre les Japonais. Le 6 août 1945, les États-Unis larguent une bombe atomique sur la ville de Nagasaki; c’est le premier des deux engins de ce genre qui seront lancés contre le territoire japonais. À ce moment-là, bon nombre des militaires qui participent au conflit savent que la guerre prendra sans doute fin bientôt. Le 9 août 1945, le même jour où les États-Unis lâchent la seconde bombe atomique sur le Japon, Hampton Gray perd la vie en dirigeant deux sections de Corsair contre des navires de guerre ennemis, dans la baie d’Onagawa.