Allo scoppio della seconda guerra mondiale Gregory Bateson viene mobilitato per l'impegno bellico e presterà il suo servizio principalmente nel campo della guerra psicologica e della propaganda. Nel frattempo, l'8 dicembre 1939 la Mead partorisce la loro figlia Mary Catherine Bateson. Nell'aprile del 1941 muore la madre di Gregory, Beatrice.

Nel maggio del 1942 Bateson e la Mead partecipano, a New York, a un seminario interdisciplinare sulla "Cerebral inibition" al quale prese parte il gruppo nascente dei "cibernetici", ovvero i matematici Norbert Wiener e John von Neumann, il neuropsichiatra Warren McCulloch, il neurobiologo Arturo Rosenblueth, l'ingegnere Julian H. Bigelow. Da quel primo incontro, prenderanno le mosse le celebri Macy Conferences (1942-53), che daranno vita al movimento cibernetico. La partecipazione a questi incontri rappresentò per Bateson uno dei grandi eventi della sua vita.

In seguito al mancato rinnovo del contratto all'Università di Harvard, dove lavorava come visiting professor, Bateson ottenne per la mediazione dell'antropologo Alfred Kroeber, un incarico di lavoro con lo psichiatra Jurgen Ruesch della Langley Porter Neuropsychiatric Clinic di San Franciso, per uno studio sulla comunicazione psichiatrica. Trasferitosi in California viene dunque nominato consulente etnologo del Veterans Administration Hospital di Palo Alto e docente a contratto dell'Università di Stanford. Lo studio antropologico del mondo psichiatrico si concretizzerà nel 1951, nel libro scritto a due mani con Ruesch, Communication. The social Matrix of Psychiatry (trad it., 1976).
Nel 1951, dopo aver divorziato da Margaret Mead, Bateson sposa il suo nuovo amore Elizabeth (Betty) Summer da cui avrà il suo secondo figlio, John. Ma anche questa seconda relazione fu messa in crisi da difficili esperienze familiari, da personali difficoltà di Bateson e da conflitti relazionali che portarono ad un nuovo divorzio.

Dal punto di vista della ricerca, in quegli anni Bateson approfondì i suoi studi sulla comunicazione, studiando in particolare il comportamento e la comunicazione di lontre e foche in contesti di gioco. In seguito, per approfondire le ricerche sulla comunicazione e sulla classificazione dei messaggi, Bateson costituisce un "proprio" gruppo, cui collaborano l'ingegnere chimico John Weakland, lo psicologo sociale Jay Haley e lo psichiatra William Fry poi sostituito dal collega Don D. Jackson. Dopo un lungo periodo scarso di risultati (e di finanziamenti), Bateson riesce finalmente a sviluppare il nucleo di quella che diventerà in seguito la famosa teoria del double bind ("doppio vincolo" o "doppio legame"). Le scoperte del "gruppo Bateson" attorno alla comunicazione familiare e alla genesi della schizofrenia si riveleranno particolarmente fruttuose e ispireranno numerose ricerche, che apriranno la strada alla "psicologia sistemica" e alla "terapia familiare". Tuttavia quando nel 1959 Jackson riesce a costituire un centro permanente di studi sulla psicoterapia sistemica - il Mental Research Institute di Palo Alto, Bateson rifiutò di collaborarvi. Bateson era contrario ad un uso troppo disinvolto e "pragmatico" delle sue teorie in campo terapeutico. Il clima di conflitto e incomprensione porta nel 1962 allo scioglimento del suo gruppo di ricerca e al distanziamento di Bateson dall'ambiente psichiatrico.