Die Lage der Familie Frank spitzte sich zu, als Annes sechzehnjährige Schwester, Margot, am 5. Juli 1942 einen Aufruf von der Zentralstelle für jüdische Auswanderung erhielt, der ihre Deportation in ein Arbeitslager anordnete. Hätte sich Margot nicht gemeldet, wäre die ganze Familie Frank verhaftet worden. Ihr Vater hatte im Hinterhaus seiner Firma ein Versteck vorbereitet, wie es sein Mitarbeiter Kleiman vorgeschlagen hatte. Aufgrund des Aufrufs beschloss er früher als geplant dort mit seiner Familie unterzutauchen. So begann bereits am nächsten Tag, dem 6. Juli, für die ganze Familie ein Leben im Untergrund, da eine Flucht aus den besetzten Niederlanden unmöglich erschien. Sie bezogen die rund 50 m² großen Räume in der Prinsengracht 263, nach einer Woche folgte die Familie van Pels und im November 1942 kam noch Fritz Pfeffer dazu. Als Annes Freund Edmond „Hello“ Silberberg sie zuhause besuchen wollte, traf er sie nicht mehr an. Zur Tarnung hatten sie ihre bisherige Wohnung unordentlich zurückgelassen und einen Zettel hinterlegt, um eine plötzliche Flucht in die Schweiz vorzutäuschen.

Das Achterhuis war ein dreistöckiges Gebäude an der Rückseite des Opekta-Gebäudes. Auf der ersten Etage gab es zwei kleinere Zimmer mit Bad und Toilette, darüber ein großes und ein kleines Zimmer; von letzterem führte eine Leiter auf den Dachboden. Die Tür zum Hinterhaus, das über eine steile Treppe mit dem Gang vor den Büroräumen verbunden war, wurde mit einem Bücherregal verdeckt. Das Hauptgebäude in der Nähe der Westerkerk war unauffällig, alt und typisch für dieses Viertel von Amsterdam. Otto Frank hatte seine Sekretärin Miep Gies (geb. Hermine Santrouschitz) zuvor um Hilfe gebeten. Obwohl sie wusste, dass ihr die Todesstrafe drohte, wenn die versteckten Juden entdeckt würden, sagte sie ohne Zögern zu und übernahm die schwierige Verantwortung. Zusammen mit ihrem Mann Jan Gies, Ottos Mitarbeitern Kugler und Kleiman sowie Bep Voskuijl half sie den Bewohnern des Hinterhauses.

Am 12. Juni 1942, Anne Frank wurde dreizehn Jahre alt, bekam sie zum Geburtstag ein rot-weiß kariertes Tagebuch. Noch am selben Tag begann sie, in holländischer Sprache, ihr Tagebuch. Sie vertraute ihrer imaginären Freundin Kitty ihre Gedanken an und äußerte sich später auch zu abstrakteren Themen wie dem Glauben an Gott, Liebe und Sexualität.

Anne Frank las viele Bücher, schulte ihren Stil daran und entwickelte sich schnell vom kapriziösen „Backfisch“ zur eigenständigen Schriftstellerin, ihre schriftstellerischen Fähigkeiten und ihr Selbstbewusstsein als Autorin wuchsen. Sie bezweifelte, dass Otto Edith wirklich liebte und vermutete, dass er sie eher aus Vernunft geheiratet habe. Anne selbst begann sich für den zunächst als zu schüchtern und langweilig beschriebenen Peter van Pels zu interessieren, aber nach einem kurzen stürmischen Intermezzo mit einigen Zärtlichkeiten war die Beziehung schnell wieder beendet. Aus dem Tagebuch geht auch hervor, dass Anne über die Deportationen und das auf Juden ausgesetzte Kopfgeld Bescheid wusste, von denen sie wenige Tage nach ihrem letzten Eintrag selbst betroffen war. Miep Gies besorgte nicht nur Lebensmittel, sondern informierte die acht Untergetauchten auch über das aktuelle Kriegsgeschehen. Mittags trafen sich die Helfer mit den Versteckten zum gemeinsamen Mittagessen und abends, wenn die anderen Angestellten der Firma das Gebäude verlassen hatten, konnten Anne und die anderen ins Vorderhaus kommen. Dort hörten sie die Nachrichten des BBC-Hörfunks, die sie zunehmend verunsicherten. Am 17. Juli fuhr der erste Zug nach Auschwitz und den Juden wurde die Staatsbürgerschaft aberkannt.

Die anfängliche Hoffnung der Versteckten, nach ein paar Wochen oder Monaten wieder frei zu sein, erwies sich als vergeblich. Sie lebten etwas länger als zwei Jahre im Hinterhaus. Während dieser Zeit konnten sie nicht nach draußen und durften keine Aufmerksamkeit erregen (z. B. durch laute Geräusche), was ihr Leben stark einschränkte. Die angespannte Atmosphäre im Hinterhaus, wo die Versteckten in ständiger Angst und Ungewissheit lebten, führte immer wieder zu Unruhe und Spannungen zwischen ihnen. Je länger sie im Hinterhaus zusammenlebten, desto deutlicher kamen persönliche Konflikte zum Vorschein. So ärgerte sich Anne über Fritz Pfeffer, der mit ihr ein Zimmer teilte und damit ihre Privatsphäre störte. Sie benutzte für ihn deshalb das Pseudonym „Dussel“ (Dummkopf), ohne zu beachten, dass es auch für den Zahnarzt, dessen Partnerin Charlotte Kaletta als Christin nichts zu fürchten hatte, nicht einfach war. Anne geriet häufig in Konflikte mit ihrer Mutter, weil sich Edith zunehmend verzweifelt und hoffnungslos zeigte, was nicht zum Charakter von Anne passte. Otto musste vermitteln. Für Anne war es besonders schwierig, weil sie ausgerechnet zu Beginn ihrer Jugend, die bei anderen von einer launischen und rebellischen Stimmung geprägt ist, mit ihren Eltern eingesperrt war und sich diszipliniert und angepasst verhalten musste.