Nell’ottobre del ’41 viene infatti richiamato sotto le armi nella Divisione Pistoia e, dopo i primi mesi di ferma a Bologna, è destinato a raggiungere l’Africa attraverso la Grecia. Ad Atene la divisione staziona quattro mesi, per poi tornare provvisoriamente in Italia in attesa di una nuova assegnazione sul fronte africano. Nel ‘43 è inviato con i suoi compagni in Sicilia, da dove è previsto il trasferimento in Africa, che non può avere luogo a causa della caduta di Tunisi; rimasti in Sicilia, gli uomini della Divisione Pistoia sono fatti prigionieri a luglio dagli Alleati sbarcati sull’isola e in agosto vengono portati in un campo di prigionia del Nord Africa. Per due anni rimangono prigionieri, passando per diversi campi di concentramento tra Algeria e Marocco francese, fino al ritorno in Italia, a guerra conclusa, nel luglio del ‘46. La vicenda bellica, con i suoi inutili spostamenti, le attese, la lunga e inerte prigionia lontano dall’Italia, proprio nel momento in cui nel paese si sviluppava il movimento della Resistenza da cui il poeta risulta forzatamente escluso, segnerà profondamente Sereni: la testimonianza poetica più diretta di quest’esperienza è costituita dalla sua seconda raccolta poetica, Diario d’Algeria, che esce per Vallecchi nel ’47, ma l’autore vi ritornerà spesso anche in seguito, in testi in poesia e in prosa.
Rientrato a Milano, Sereni si trasferisce a vivere con la moglie e la figlia nella casa dei genitori, in via Scarlatti. Nel ’47 esce Diario d’Algeria e nasce la sua secondogenita, Silvia. L’anno seguente ottiene una cattedra di italiano e latino al Liceo Classico Carducci, dove rimane fino al ’52, quando decide di abbandonare l’insegnamento e accettare l’incarico di direttore dell’ufficio stampa e propaganda di una grande industria, la Pirelli, che in quegli anni promuoveva un’intensa attività culturale per i propri dipendenti e pubblicava un’importante rivista con sezioni dedicate all’arte e alla letteratura. Si tratta di un’esperienza nuova e significativa, che porta Sereni a contatto con una realtà, quella industriale, a lui completamente sconosciuta, che lascia vivi riflessi anche nella sua poesia, in particolare nel poemetto Una visita in fabbrica, incluso nella successiva raccolta Gli strumenti umani. Il nuovo lavoro garantisce condizioni economiche più agiate e nel ’56, dopo la nascita della terza figlia, Giovanna, Sereni si trasferisce in via Benedetto Marcello. Alla Pirelli rimane fino al ’58, quando passa alla Mondadori, come direttore editoriale della sezione libri, ruolo che mantiene fino al pensionamento nel 1975 e che gli permette di mantenere contatti con scrittori, collaboratori della casa editrice e giovani autori e di esercitare il suo fine intuito critico.
Nel ’56 vince con un gruppo di poesie e prose nuove, raccolte sotto il titolo Il grande sonno, il premio italo-svizzero “Libera Stampa”, della cui giuria entrerà poi a far parte. Gli anni seguenti sono intensi e produttvi: nel ’61 pubblica per Einaudi la traduzione di una scelta di poesie di William Carlos Williams, l’anno successivo esce per il Saggiatore una raccolta di prose intitolata Gli immediati dintorni, fonda inoltre insieme a Niccolò Gallo, Dante Isella e Geno Pampaloni la rivista “Questo e altro” sulla quale nel ’64, nell’ultimo numero, pubblica il racconto L’opzione, ispirato alla sua annuale partecipazione alla fiera del libro di Francoforte in qualità di direttore editoriale di Mondadori. Nel 1965 escono una seconda edizione riveduta di Diario d’Algeria e una nuova raccolta poetica, Gli Strumenti Umani, a cui fa seguito, l’anno successivo, una nuova edizione riveduta di Frontiera, che completa l’opera di sistemazione del suo corpus poetico. Prosegue nel frattempo un’intensa attività editoriale e si fanno frequenti i viaggi, svolti in parte per motivi di lavoro (Barcellona, Praga, Olanda), in parte perché invitato a tenere conferenze e letture (negli Stati Uniti, a New York, Boston e Chicago e in Russia, a Mosca e Leningrado) in parte per piacere (in Egitto, e in Provenza dove si avvicinerà al poeta René Char). Significativo un viaggio in Sicilia nel ‘69, con la moglie e la figlia più giovane, che ripercorre i luoghi della sua prigionia di ventisei anni prima e dal quale nasce un racconto intitolato Ventisei.
Sereni continua inoltre, dopo esservi andato per la prima volta nel ’51, a trascorrere le sue estati a Bocca di Magra, luogo a cui è dedicato il poemetto Un posto di vacanza, pubblicato nel ‘72 e che gli vale l’assegnazione del premio dell’Accademia dei Lincei per la poesia.