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，参加南京保卫战，全团战没，只身幸免。1938年1月，任第112师第334旅第667团上校团长。春节过后，经刘澜波介绍，张文海、谷牧奉中共中央长江局委派，考察发展万毅入党问题。同年3月，经张谷二人介绍，万毅被吸收为中国共产党特别党员。之后，随部队进驻连云港地区。从5月