抗日战争爆发后，1938年北平图书馆部分馆员在馆长袁同礼的率领下前往昆明，成立北平图书馆驻昆明办事处。赵万里则留守北平，任善本部主任，兼任辅仁大学教授，负责与侵华日军交涉。1942年，兼任中国大学教授。1945年抗日战争胜利，他辞去中国大学教职。1946年10月，北京大学师生返回北平，他兼任北大教授，期间主持北大典藏木犀轩藏书整理工作。第二次国共内战期间，解放军围攻北平，1948年底南京国民政府派教育部人员，赴北平策划文物南迁事。馆长袁同礼下令要搬迁500箱，之后减至150箱。赵万里仍任善本部主任，向向达、郑振铎求援，并根据郑振铎的建议采取分化、拖拉，导致北京、上海两地的珍籍均未转至台湾。