抗日战争爆发后，马明方先后担任陕甘宁边区政府主席团委员兼内政部代部长、民政厅厅长等职。由于疾病困扰，马明方于1938年赴苏联学习、治病疗养。1941年在回国途经新疆时，被中央任命为驻迪化八路军办事处负责人。1942年，由于苏联的介入，新疆爆发暴乱，军阀盛世才与苏联和中共决裂，向国民党靠拢；马明方等120多名共产党员和亲共人士被捕入狱。1946年7月11日，在周恩来、张治中等人的协调下才获释出狱。回到延安后，马明方历任中共中央西北局副书记兼中共晋南工委书记，西北人民革命大学校长，西北局后方工作委员会书记等职。