S prvním manželem, zpěvákem Ludvíkem Letenským, se Anna v roce 1940 rozvedla. Dospívajícího syna nechala bydlet u něho a vrhla se do víru práce. Zářila na prknech Vinohradského divadla a točila úspěšné filmy. Pro svůj temperament a smysl pro humor dostávala hlavně komediální role.

Zanedlouho se provdala podruhé. Jejím novým manželem byl architekt Vladislav Čaloun, který měl známé mezi odbojáři. Anna Letenská nevěděla přesně, do jaké míry se její muž v odboji angažuje, zřejmě ale nešlo o žádnou zásadní činnost. To se změnilo po atentátu na Heydricha.

Lidice a Ležáky lehly popelem, vlna zatýkání nebrala konce. Lékař Břetislav Lyčka, který ošetřil parašutisty Gabčíka a Kubiše, dostal varování, že si jdou i pro něho. S manželkou na poslední chvíli uprchl do Prahy.

Vladislav s Annou mu našli úkryt u známých a jeho manželku Františku nechali přespat ve svém bytě. Františka měla ráno vycestovat do Ostravy, ale hned na nádraží ji zatklo gestapo. Není jisté, co během brutálního výslechu prozradila, místo úkrytu svého manžela ale neznala.

Nacisté přesto Lyčku našli a obklíčili byt, kde se skrýval. Lékař v bezvýchodné situaci spáchal sebevraždu. Mezitím byl zatčen i Čaloun.

Annu Letenskou zatím nechalo gestapo na svobodě. Předpokládalo se, že se za ni vlivné osoby z filmového průmyslu přimluvily, aby aspoň mohla dotočit film. Archivář Vojtěch Šustek však v rozhovoru pro Český rozhlas vyjádřil názor, že mohlo jít o běžnou gestapáckou taktiku: zatčeného muže bylo možné lépe vydírat, když byla jeho manželka ještě na svobodě. Mohli v ní také vidět potenciální konfidentku. Ale na to Letenská neměla povahu.

Sotva dotočila poslední film, skončila v cele pankrácké věznice. Odtud ji převezli do Terezína a dále do koncentračního tábora Mauthausen. Zde byla 24. října 1942 popravena střelou do týla při předstírané zdravotní prohlídce. Její manžel Čaloun byl zastřelen na témže místě v lednu následujícího roku.

Kdo přesně lékaře Lyčku a manžele Čalounovy udal, není známo. Jejich osud však mohl zpečetit sám zakladatel odbojové skupiny Jindra Ladislav Vaněk. Ten totiž nacistům ochotně vyzradil celou strukturu organizace a prozradil řadu jmen. Ucelenou zprávu sice podal déle než měsíc po Čalounově zatčení, nicméně existují ukazatele, podle nichž Vaněk spolupracoval s gestapem už delší dobu předtím.

Díky ochotě spolupracovat neskončil na popravišti ani v koncentračním táboře, ale zůstal internován v Petschkově paláci. Na konci války bleskově převlékl kabát, před očima velitelů Rudé armády snaživě chytal gestapáky a posléze se vyšplhal na místo sekčního šéfa Ministerstva školství. Během komunismu působil jako spořádaný učitel chemie a dožil se 87 let.