Bartali era un devoto cattolico, ed era molto legato all'Arcivescovo Angelo Elia Dalla Costa . Di conseguenza, dopo l'occupazione tedesca in Italia nel settembre 1943, Bartali - che era un corriere della Resistenza - giocò un ruolo molto importante nel salvataggio degli ebrei da parte della Delegazione per l’assistenza agli immigrati , rete avviata dallo stesso Dalla Costa e dal rabbino Nathan Cassuto. 

Bartali, che per allenarsi era noto coprire grandi distanze, trasportava documenti falsi nel manubrio e nella sella della sua bicicletta, e poi li consegnava alle famiglie dei perseguitati tra Firenze e Assisi. Quando veniva fermato e perquisito, chiedeva espressamente che la bicicletta non venisse toccata, giustificandosi dicendo che le diverse parti del mezzo erano state attentamente calibrate per ottenere la massima velocità.