1937年全面抗战爆发后，清华大学举校南迁，与北大、南开合并成西南联合大学。在迁校的过程中，叶企孙全面负责图书资料和仪器设备的抢运工作，为支持导师工作，叶企孙的得意弟子熊大缜放弃了出国深造的机会，成为叶企孙的重要助手。不久，叶、熊被迫转至天津，在英租界清华大学同学会，建立临时办事处，安排帮助南下师生员工和家属顺利通过津门。

1938年3月的一天，熊大缜告诉叶企孙，他已决定去冀中，帮助那里的人民武装抗日，因为那里需要科技人员。叶企孙对此非常敬佩，嘱咐他为抗战出力，并表示自己也暂不去昆明，留在天津，如果熊大缜有什么需要帮助，可以去找他。

熊大缜到达冀中抗日根据地后，先在军区修械所当技术员，负责组织武器弹药的生产，担任八路军冀中军区供给部长，全面负责军火的供应和整个根据地的物资供给工作。与此同时，熊大缜还着手筹建技术研究社，开展烈性炸药、地雷、雷管等研制工作，以炸毁从北平到沧州、石家庄一线的铁路，切断日伪的交通大动脉；此外，他还研究、安装短波通讯工具，以保证军事通讯的畅通。要完成这一工作，就需要购买材料和寻找相关的技术人才，于是熊大缜于1938年的端午节来到天津，寻求恩师叶企孙的帮助。

师生见面，叶企孙非常高兴。听说八路军希望更多的知识分子前往根据地参加抗日的号召后，叶企孙立即表示愿意积极联络更多的清华师生前往冀中，为抗战出力。

此后，叶企孙利用自己留津的空隙，秘密帮助抗日根据地在后方购买了一批雷管、炸药以及军用物资。同时按熊大缜的要求，先后介绍了汪德熙、李广信、阎裕昌、林风、刘维、葛庭燧、胡大佛、李琳等清华师生、职工和平津高校的毕业生去八路军冀中军区参加“技术研究社”，开展各种军火、通讯设备的研制工作。熊大缜得到了叶企孙推荐的人才与购买的材料后回到部队，在制造炸药的同时，又用土办法、土设备成功地研制出了合格的枪炮弹药。阎裕昌到达冀中后，很快就解决了地雷遥控引爆的问题。1938年9月，熊大缜等几位技术人员与官兵一起，在平汉铁路保定方顺桥附近埋设了由“技术研究社”研制的含TNT烈性炸药的地雷，将驶来的日军机车车头炸得粉碎。随着这种含TNT烈性炸药的地雷在冀中平原广泛应用，日军被打得死伤惨重。

日本特务很快便发现八路军拥有了现代科技手段，这使得叶企孙在天津的工作十分危险。但他始终毫无畏惧，积极奔走在抗日后方，用募集到的抗日善款采购炸药、雷管、药品、通讯器材、各种军工原料、零件甚至车床，源源不断地穿过封锁线运送到根据地。他还在杂志上发表文章指出，“在冀中，有一支抗日的队伍，动员全国有志青年去支援”，并且给出了安全去冀中的方法。在他的号召下，大批有志青年纷纷前往抗日根据地，参加了八路军。

叶企孙非常挂念战斗在抗日根据地学生的安危，常常通过密信联络。1938年九十月间，叶企孙在天津的活动受到日伪的严密监视，他迫不得已于十月离开天津南下，经香港辗转到西南联大。