אחת הפעולות של לנז'בן שהותירו רושם עמוק על ברנל הייתה הקמת ארגון אינטלקטואלים אנטי-פשיסטיים בשם "Comité de Vigilence des Intellectuals Anti-Fascistes". כשחזר לאנגליה יזם ברנל הקמת ארגון פציפיסטי אנטי פשיסטי דומה שכונה "למען חופש אינטלקטואלי" (For Intellectual Liberty בראשי תיבות FIL). כנס הייסוד של הארגון נערך ב-5 בדצמבר 1935. כנשיא הארגון נבחר הסופר אלדוס האקסלי, וכסגנו לאונרד וולף, בעלה של הסופרת וירג'יניה וולף. מרגרט גארדינר נבחרה למזכירת הארגון. עיקר פעילות הארגון התבטאה במשלוח מכתבים למערכות העיתונים שבהם תמכו בפירוק נשק כללי, ובניסיונות להגיע להסכם שלום אוניברסלי. ב-1936 פרצה מחלוקת חריפה בין חברי הארגון. באותה שנה פרצה מלחמת האזרחים בספרד. ברנל, כקומוניסט נאמן, דרש שהארגון יתמוך ב"צד הנכון", ברפובליקנים. האקסלי שהיה פציפיסט אדוק סירב לתמיכה במלחמה כלשהי. שני האישים היו שונים באופיים מלכתחילה. ברנל האמין בכוחו של המדע לקדם את העולם, בעוד שהאקסלי, שהיה סקפטי לגבי הטבע האנושי, צייר בספרו הידוע, "עולם חדש מופלא", תמונה פסימית של עולם עתידי שבו המדע נרתם ליצור חברה מתוכננת שבה אנשים נולדים מראש לתוך מעמדות. האקסלי התפטר מ-FIL בסוף 1936, ולאונרד וולף עזב בעקבותיו. עקב כך העביר ברנל את פעילותו לארגון "קבוצת המדענים האנטי מלחמתית של קיימברידג'", שמעטים בלבד מחבריו היו בשלב זה עדיין פציפיסטים, וחלקם אף נסע לספרד כדי להצטרף לבריגדות הבינלאומיות, ובהם גם כאלו שנהרגו שם. הארגון שינה את שמו ל"חזית העממית", כשברנל כיהן כנשיאו הראשון.
במרץ 1937 ילדה מרגרט גארדינר, שעדיין שימשה להלכה כמזכירת FIL, את מרטין ברנל, בנה מיחסיה עם ברנל. ברנל נהג לשהות בביתה לעיתים קרובות, ושם בא במגע עם חוג מכריה מתחום האמנות, ובהם המשורר ויסטן יו אודן והפסלת ברברה הפוורת'. הפוורת' אהבה מאוד את פרשנותו האמנותית של ברנל לפסליה, ולבקשתה חיבר את ההקדמה לקטלוג של התערוכה שלה בגלריה במייפייר, ואת הפרק על "אמנות והמדען" בקובץ המאמרים "מעגל" (Circle) של התנועה הקונסטרוקטיביסטית שערך בעלה, בן ניקולסון (Ben Nicolson).
פעילות בתחום ההגנה האזרחית.
המלחמה בספרד חשפה לראשונה את ההשפעה ההרסנית שיש להפצצות של חיל אוויר מודרני על אוכלוסייה אזרחית. "קבוצת המדענים האנטי מלחמתית של קיימברידג'" מצאה יעוד חדש - להתריע על חוסר המוכנות של בריטניה בתחום זה. חברי הקבוצה ערכו ניסיונות בהשפעה של חומרי נפץ וגזים על מבנים, ופרסמו את התוצאות בספר "ההגנה על הציבור מפני התקפות אוויריות", שבו פסלו את ההצעה משנת 1935 של משרד הפנים הבריטי להתמודד עם התקפות גזים רעילים בעזרת הכנת חדרים אטומים, התריעו שמכבי האש של בריטניה אינם ערוכים להתמודד עם פצצות תבערה, וכי לא ניתן פתרון לילדים מתחת לגיל חמש. ברנל הוביל שתי משלחות לבית הנבחרים הבריטי ושוחח בנושא עם חברי פרלמנט.
בהדרגה השתכנע ברנל כי הסכנה הגדולה ביותר הצפויה לאוכלוסייה אינה מהתקפה בגז, אלא בפצצות של חומר נפץ מרסק. מכאן, שיש להכין מקלטים תת-קרקעיים, וברנל ניהל מערכה לפרסום הנושא. תחילה התייחס הממשל הבריטי להתרעות בעוינות גדולה, בייחוד מכיוון שבאו מקבוצה שמאלנית. אלא שבהדרגה, כאשר גם עיתוני בריטניה החלו לעסוק בנושא, הודו השרים העוסקים בנושא באופן פרטי כי המדינה מפגרת בצורה מסוכנת בתחום זה. בינואר 1939 נפגש ברנל עם ג'ון אנדרסון, "הלורד שומר החותם", שר בממשלתו של נוויל צ'מברלין והאחראי על הגנה מהתקפות אוויריות. הלה כה התרשם מידיעותיו של ברנל, עד שכשחזר למשרדו אמר לעוזרו המדעי שברנל חייב להיות בצוות שלו. העוזר ענה כי ברנל הוא "אדום" נודע, ועל כך ענה לו אנדרסון "אפילו אם הוא אדום כלהבות הגיהנום, אני רוצה אותו". ב-12 במאי 1939 צורף ברנל ל"ועדת המחקר של ההגנה האזרחית".
מלחמת העולם השנייה (1939–1945).
הקרב על בריטניה.
בפרוץ מלחמת העולם השנייה, בתחילת ספטמבר 1939, שהה ברנל במסע הרצאות ארוך בארצות הברית והוא החליט לקצר אותו וחזר מיד לאנגליה. במסגרת תפקידו ב"ועדת המחקר של ההגנה האזרחית" בחן ברנל את הפיזיקה של התפוצצות פצצות, מפל הטמפרטורה ככל שמתרחקים מלב הפיצוץ, והלחץ שיוצרים גלי ההדף. הוא צירף לצוות את חברו, הרופא והזואולוג סולי צוקרמן, על מנת לבחון את ההשפעה הפיזיולוגית של פיצוץ על אנשים השוהים במקלטים. על מנת לאחד כוחות עם הצרפתים הוקמה ועדה משותפת ובמסגרתה סיירו ברנל וצוקרמן באתרים צבאיים ובאוניברסיטאות ברחבי צרפת (באפריל 1940) וחזרו לאנגליה, שבועיים לפני שגרמניה החלה בכיבוש צרפת. בתקופת הקרב על בריטניה עסק ברנל בניתוח התוצאות הפיזיות של הפצצות לשם המלצות על צורת הקמת מקלטים (הוא סבר, למשל, שיש להכפיל את עובי התקרה של המקלטים), וכן בהכרת סוגי הפצצות הגרמניות. הגרמנים השתמשו לא פעם במרעומי השהיה, וברנל הדריך את הצוותים שסילקו פצצות בהבדל שבין פצצת נפל לפצצה בעלת מרעום השהיה, שנגיעה בה עלולה לחולל פיצוץ. מחקרים אלו הובילו אותו לא פעם למצבים מסוכנים בשל פצצות שלא התפוצצו או כניסה לבניינים שנפגעו בהפצצות והיה חשש לקריסתם. חבריו מתקופה זו הרבו לשבח את אומץ לבו. הסופר צ'ארלס פרסי סנואו תיאר את ברנל כאדם האמיץ ביותר שהכיר אי פעם.
בתקופה זו הרבה ברנל להתארח בלונדון, בדירה שהייתה שייכת לברון ויקטור רוטשילד ובה התארחו תדיר גם אנתוני בלאנט וגאי ברג'ס, שהיו, כברנל וכרוטשילד, בוגרי אוניברסיטת קיימברידג' וחברים לשעבר באחוות הסטודנטים השמאלנית, "השליחים של קיימברידג'" (Cambridge Apostles). אחרי המלחמה נחשפו בלאנט וברג'ס כסוכנים סובייטיים ברשת הסוכנים המכונה רשת קיימברידג', שכללה מלבדם גם שני בוגרי קיימברידג' נוספים, קים פילבי ודונלד מקלין. קבוצה זו העבירה מידע חשוב לברית המועצות בכל תקופת המלחמה. ברנל מעולם לא נחשד בריגול.
ההפצצות האסטרטגיות על גרמניה.
בתחילת 1941 סופח ברנל רשמית לפיקוד המפציצים של חיל האוויר המלכותי במטרה לסייע בהערכת יעילותו המבצעית, לאחר שהאחראים על תכנון הפצצות נוכחו לדעת כי צבר מידע רב ערך בחקירת השפעות ההפצצות הגרמניות על אנגליה. בתפקידו זה ניתח את יעילות ההפצצות הבריטיות על היעדים בגרמניה. הוא נוכח לדעת שרוב הפצצות לא פגעו ביעדן והמחיר במטוסים ובצוותי אוויר להשגת תוצאות דלות אלו היה גדול, והתריע על כך בפני היועץ המדעי של וינסטון צ'רצ'יל, פרופ' פרדריק לינדמן (Frederick Alexander Lindemann). הלה שיגר חוקר מטעמו שאישר את נכונות הממצאים של ברנל.
בסוף 1941 התבקשו ברנל וצוקרמן לחקור את ההשפעות של הפצצות אסטרטגיות עתידיות על ערי גרמניה באמצעות מחקר של תוצאות ההפצצות הגרמניות על ברמינגהאם (עיר תעשייה) והאל (עיר נמל). השניים הפעילו שני צוותים של ארבעים איש כל אחד, שבדקו באמצעות שאלונים אישיים, ראיונות ובדיקת סטטיסטיקות של ימי הפצצה ושל התפוקה התעשייתית, היבטים שונים של ההשפעות של ההפצצות. הדו"ח שהשניים פרסמו באפריל 1942 הראה כי השפעה של ההפצצות הייתה שולית, המורל של התושבים של שתי ערים אלו לא נפגע ובתי החרושת חזרו לתפוקה כמעט מלאה. כשהתפרסם הדו"ח היה ויכוח עז בין המפקדים בחיל האוויר המלכותי לבין מפקדי חיל הים המלכותי בדבר השימוש היעיל ביותר במפציצים. מפקדי חיל האוויר דרשו להרחיב את ההפצצות על ערי התעשייה של גרמניה במטרה לפגוע במורל ובתפוקה התעשייתית של הגרמנים. מפקדי חיל הים דרשו להשתמש במטוסים על מנת לצוד צוללות גרמניות שהטביעו אוניות רבות. לכאורה היה אמור הדו"ח של ברנל וצוקרמן לצדד חד משמעית בעמדת חיל הים, אלא שצ'רצ'יל חשב שבתקופה ההיא, בה הצבא הבריטי ספג מפלות במזרח הרחוק ובצפון אפריקה, הוא חייב להראות כי בריטניה מסוגלת להכות בלב גרמניה. נימוק נוסף היה עזרה לברית המועצות שהייתה אז במצב קשה וסטלין דרש מבני בריתו במערב לפתוח חזית שנייה. סיוע לדעתו קיבל צ'רצ'יל מלינדמן (אז כבר לורד צ'רוול - Lord Cherwell), שהשתמש בצורה סלקטיבית בתקציר מהדו"ח של ברנל וצוקרמן על מנת להגיע למסקנה ההפוכה מזו שאליה הגיעו השניים, ועל פיה המפציצים שיש ברשות חיל האוויר ואלו שייוצרו עד אמצע 1943 יגרמו לשליש מהאוכלוסייה העירונית של גרמניה להפוך לחסרי בית, תוך פגיעה קשה במורל. המלצתו התקבלה, ובדיעבד התברר כי להערכות האופטימיות שלו לא היה כל יסוד במציאות.
מטה מבצעים משולבים.