931年九一八事变后，蔡运升加入满洲国政府，曾前往游说张作相。1934年（康德元年）11月，他担任满洲国间岛省省长。1935年3月，国务总理大臣郑孝胥辞任，郑孝胥推荐蔡运升继任，结果关东军挑选了张景惠接任国务总理大臣。1936年（康徳3年）6月，他任满洲中央银行副总裁，1937年12月改任外务局长官，1940年5月任经济部大臣，1942年5月任参议府参议。满洲国灭亡后，蔡运升在苏联方面的授意下赴北平投奔马占山。1948年起，他和好友马占山、王之相参与游说傅作义，成功促使其在1949年1月和平投降。中