30年代是严济慈科学生命力最旺盛的时代。从1932年到1938年,短短7年间,共发表了42篇学术论文。北平研究院物理研究所和镭学研究所在他的主持下,学术气氛浓厚,研究成果累累,年轻人才辈出,闻名国内外。因此,1935年他与法国的约里奥-居里(Joliot-Curie)、苏联的П. Л. 卡皮察(Капица)同时被法国物理学会选为理事。
1937年“七七”事变爆发,严济慈在巴黎召开的国际文化合作会议上发表爱国抗日言论,谴责日本侵略军发动侵华战争。不久,吴玉章从莫斯科到巴黎,他义不容辞地担任吴玉章与法国著名物理学家P. 朗之万(Langevin)之间的联络人,在巴黎组织群众集会,由朗之万主持,吴玉章作报告,宣传中国人民组成抗日民族统一战线,抗击日本侵略军的英勇斗争,揭露侵略军的暴行,呼吁国际社会给予声援。回国时,北平已经沦陷,他取道河内到达昆明,主持筹建北平研究院驻昆明办事处,把物理研究所迁到昆明郊区黑龙潭,从此投身抗日洪流,把自己的科学才智贡献给民族解放事业。
抗战八年,他在昆明领导北平研究院物理研究所全体人员,全力从事军需用品的研制工作。在条件十分艰苦、设备极端简陋的情况下,亲自动手,先后制造出1000多具无线电发报机稳定波频用的石英振荡器,300多套步兵用五角测距镜和望远镜等,供我国抗日军队和盟国英国驻印度军队使用。1946年,他受到当时政府的奖赏,被授予胜利勋章。
1948年,他当选为中央研究院首批院士,出任中国物理学会理事长和北平科学工作者协会理事长,加入了九三学社。9月下旬,他在南京召开的中央研究院院士大会上,发言抨击当前时政,抵制当局威逼利诱科学家迁往台湾的图谋,会后毅然南下昆明,再绕道河内、香港,于1949年春乘坐第一艘北上塘沽的海轮,回到刚刚解放的北平。
严济慈以高涨的热情投入人民解放事业,积极参加各项政治、社会活动。当得知人民解放军缺少枪炮瞄准镜时,就领导中国科学院应用物理研究所人员日以继夜地赶制出一批成像质量可与美国产品媲美的巴拿马式瞄准镜,受到解放军指战员的赞赏。不久,他在吴玉章领导下,参与中华全国自然科学工作者代表会议的筹备工作,担任筹备委员会常委会秘书长,在7月召开的大会上被选为代表自然科学界出席中国人民政治协商会议第一届全体会议的代表。