Eine weitere Station auf dem Todesmarsch war Mittelbau-Dora, wo Willi Frohwein nach dem Transport auf den offenen Kohlewaggons ankam. Dort wurde ihm die Nummer 116907 zugeordnet. Als Häftling von Mittelbau-Dora musste er Zwangsarbeit in dem Stollen verrichten, indem er den ganzen Tag Raketenteile rechtzeitig zu einem Sektor im Stollen tragen musste, wo diese dann montiert wurden. Nach diesen langen Arbeitstagen kümmerten sich die Häftlinge außerdem um die Leichen der verhungerten Mithäftlinge, die sie zu den Krematorien trugen.
Am 6. April 1945 wurde er auf einem Waggon in das KZ Bergen-Belsen deportiert.