衡受聘参与故宫文物清点。1925年，故宫博物院成立，任古物馆副馆长，此后便一直在故宫从事中国文物、历史研究管理工作，长达27年，其中任院长19年，为中国文物事业作出了重大贡献。1933年7月，代理故宫博物院院长。1934年4月，任故宫博物院院长。在日本侵华时，故宫文物告急而急需南迁，时任古物馆副馆长的马衡亲自督导数量最巨大的一批故宫文物（共计4635箱余）转运到上海，保障了国宝的安全。其后在国宝西迁时，马衡又冒着生命危险躲避战火及敌机轰炸，亲自带领工作人员跋山涉水、不分日夜地转运文物。共军占领北平后