Ситуация в Институте кайзера Вильгельма становилась все напряженнее. На Гана давили, вынуждая его уволить Мейтнер, и она не могла больше там работать. Впоследствии Ган вспоминал:
«Ситуация становилась все более невыносимой [...]. Лиза сердилась на меня [...]. С другой стороны, мне постоянно говорили: ей уже давно нужно было оставить свое место, и она сама должна понять, что ставит под удар весь институт».
Друзья Мейтнер ходатайствовали за нее перед властями. Немецкий химик и инженер Карл Бош (1874-1940) просил министра образования, чтобы тот позволил «знаменитой исследовательнице Лизе Мейтнер уехать в нейтральную страну — Швецию, Данию или Швейцарию». От министра пришел решительный ответ, гласивший:
«...нежелательно, чтобы известные евреи оставляли Германию и ехали за границу, чтобы оттуда действовать вопреки немецким интересам».
Пока у Мейтнер была возможность работать, она решила оставить свою квартиру рядом с институтом и перебраться в отель. В июне 1938 года преследования евреев ужесточились, готовился закон о новых запретах, например на занятия торговлей. Друзья Мейтнер начали всерьез опасаться за нее. Жизнь исследовательницы была в опасности, ей необходимо было бежать из страны.
Никто не знал о том, что разрабатывается целый план побега Мейтнер. Для обмена сообщениями с коллегами за рубежом использовались поездки научных сотрудников. На столе у Мейтнер лежали два предложения работы, и она решилась на шведский вариант, так как считала его более перспективным. Однако как перебраться через границу? Ган сообщил Мейтнер 12 июля, что она отправится в Голландию, а не в Швецию. Выезжать нужно было на следующее утро. Лиза не знала, что друзья уже полностью подготовили ее поездку в Гронинген.
Нужно было торопиться: становилось все яснее, что скоро на границах Германии будут введены более суровые меры, а в тот момент граница с Голландией считалась наиболее свободной. Ключевую роль сыграло вмешательство Дирка Костера. Именно он убедил солдат на границе пропустить Мейтнер, для чего ему пришлось показать официальное разрешение на въезд, выданное в Голландии. Также Костер просил их убедить немецких пограничников не препятствовать выезду Мейтнер. У нее по-прежнему не было визы, поэтому успех всего предприятия зависел от этих переговоров.
Затем Костер отправился в Берлин, чтобы забрать Мейтнер. Ее проинструктировали, чтобы она вела себя как обычно, не вызывая никаких подозрений. Закончив работу в восемь вечера, Лиза отправилась в отель и собрала два чемоданчика, будто отправляясь в короткую поездку. Она никому не сообщила о том, что уезжает навсегда. Через некоторое время Мейтнер встретилась с Костером.
Никто не догадывался об их планах, но сама Мейтнер совсем не радовалась побегу. Три десятилетия, прожитых в Берлине, растаяли, будто их никогда и не было. Ган, который всегда поддерживал Лизу, дал ей кольцо своей матери — на случай какой-нибудь чрезвычайной ситуации, например чтобы подкупить пограничников. В кошельке у нее было всего несколько немецких марок. Позже Ган вспоминал об этих напряженных днях:
«Дрожа от страха, мы спрашивали себя, удастся ей побег или нет? Мы помнили кодовое слово, которым она должна была известить нас об успехе или провале поездки. Лиза Мейтнер подвергалась особой опасности из-за постоянных проверок СС в поездах, идущих за границу. В каждых двух из трех арестовывали людей, едущих за границу на поезде, и отправляли обратно».
В то время один из ученых Института кайзера Вильгельма, симпатизировавший нацизму, узнал о готовящемся побеге Мейтнер. После того как доносу был дан ход, немецкие власти начали расследование. К счастью, к этому времени Мейтнер уже удалось выехать из страны.
Поездка до границы с Голландией тянулась семь бесконечных часов. Мейтнер осознавала, что все ее планы могут рухнуть в любой момент, как это часто и бывало. Однако на границе все прошло так, как устроил Костер, который в конце путешествия отправил Гану телеграмму о том, что «малыш» добрался целым и невредимым.
Прошло несколько недель в тихом городке Гронингене, который так отличался от Берлина с его милитаристскими манифестациями, и Мейтнер решила отправиться в Стокгольм, чтобы реализовать свой первоначальный план. Как показало будущее, отъезд из Голландии был верным решением, так как 10 мая 1940 года Германия оккупировала Бельгию и Голландию, и если бы Лиза не уехала, ей вряд ли удалось бы бежать вновь.