Летом 1940 года под давлением СССР Румыния вывела свои войска с территории Бессарабии, а 28 июня Бессарабия вошла в состав СССР. В тот же день в Кишинев вошли советские войска. 2 августа 1940 года VII сессия Верховного Совета СССР приняла закон о воссоединении Бессарабии с Молдавской АССР и образовании союзной Молдавской Советской Социалистической Республики.

В 1940-1941 годах вероятно продолжал использоваться флаг Молдавской АССР.
Флагом МССР по Конституции, принятой 10 февраля 1941 года (глава Х, статья 123):

"Государственный флаг Молдавской ССР состоит из красного полотнища, с изображение в левом углу у древка сверху, золотых серпа и молота и золотых букв "РССМ". Отношение ширины к длине 1:2".

В Конституции не оговорено расположение букв, сохранились сведения о том, что буквы располагались по дуге).

В 1947 году предпринимались попытки изменить флаг таким образом, чтобы объединить в нём три цвета (вероятно красный, зелёный и жёлтый, признанные молдавским филиалом АН СССР наиболее характерными для Молдавии), но до реальных шагов дело не дошло.

Указом Президиума ВС МССР от 31 января 1952 года был утверждён новый флаг Молдавии, он состоял из красного полотнища, пересечённого зелёной горизонтальной полосой, ширина которой равна 1/4 части ширины полотнища флага. В верхнем углу у древка, как и у остальных советских флагов, помещались золотые серп и молот и красная звезда, обрамлённая золотой каймой. Длина флага была вдвое больше его ширины. Флаг описывался в статье 168 Конституции МССР (1978 года).