Мюнхеберг начал войну в составе 7-й эскадрильи JG 26 и свой первый самолет, английский бомбардировщик "Бленхейм", сбил 7 ноября 1939 года. К моменту прибытия на Средиземноморье в феврале 1941 года на его счету имелось уже 23 воздушных победы. Через четыре месяца, заполненных боями над Мальтой, Балканами и Северной Африкой, список пилота вырос до 48 уничтоженных самолетов. Сторонник сражений на вертикали, Мюнхеберг отличился в небе над Мальтой, где частые туманы ограничивали видимость и способствовали успеху при внезапных атаках. Возвратившись на побережье Ла-Манша, он вскоре пересел на Фокке-Вульф FW 190A и увеличил счет своих побед до 83. В это время его перебросили на Восточный фронт. За восемь недель Мюнхеберг сбил 33 русских самолета, однако и сам трижды покидал в воздухе горящую машину. В октябре 1942 года он был назначен командиром JG 77 и отправился в Тунис, где в жестоких схватках в условиях подавляющего превосходства противника одержал еще 19 побед. Его окончательный итог - 135 побед, включая 102 самолета, пилотируемых пилотами западных союзников. Из этих 102 машин противника 43 были уничтожены в небе над Мальтой и в Северной Африке. Мюнхеберг отличился еще тем, что успел принять участие во всех трех этапах Средиземноморской кампании.

Bf 109 E-7 Иоахима Мюнхеберга, 7./JG 26, аэродром Gela , Сицилия, март 1941 г.