毅结识中共组织派赴东北军进行统战工作的刘澜波等人，开始同情中共革命主张。1936年1月起，任东北军第109师第627团中校团长，是当时东北军最年轻的团长。同年加入抗日同志会，11月任第627团的抗日青年团荣誉团长，支持和掩护中共党员在该团秘密开展工作。西安事变中，万毅率部向渭南前线开进，准备抵御国民政府进攻西安的军队。1937年2月，被军长缪澄流怀疑为共产党员而被关押。
参加抗日战争.1937年10月获释后，任东北军第五十七军第112师第672团上校团长，投身江阴要塞保卫战。12月