Fernand Grenier se réinstalle à Saint-Denis, et suivant la politique de semi-légalisation qui était celle du parti jusqu'en octobre 1940, il remet en marche les organisations communistes de la ville sans entrer dans la clandestinité. Il est arrêté le , puis interné dans le camp aménagé dans un des bâtiments du sanatorium d'Aincourt (Seine-et-Oise), puis à Fontevraud (Maine-et-Loire), et enfin à Châteaubriant (Loire-Inférieure), d'où il s'évade le en compagnie d'Eugène Hénaff, Henri Raynaud et Léon Mauvais. Après avoir difficilement repris contact avec l'appareil clandestin, il est choisi pour représenter le "Comité central" lors des premiers contacts avec des envoyés de la France libre. Il rencontre ainsi Rémy le , et en sa compagnie, il gagne l'Angleterre en , porteur d'une lettre du "Comité central" du Parti communiste et d'une autre de Charles Tillon, dirigeant des Francs-tireurs et partisans (FTPF). Il s'exprime une première fois sur l'antenne de la BBC le . Il représente dès lors les communistes auprès des différentes instances successives de la France libre, mais il n'a pu accepter en un poste de commissaire du Comité français de la Libération nationale (CFLN) proposé par de Gaulle sans l'aval de Jacques Duclos, alors responsable clandestin du parti dans la France occupée. Le Parti communiste présente des exigences pour la participation des communistes au gouvernement provisoire. Ce n'est que le 4 avril 1944 qu'un compromis est trouvé et que de Gaulle nomme deux "commissaires " communistes, dont Grenier, commissaire à l'Air. Le conflit qu'il a avec de Gaulle à propos de l'affaire du Maquis du Vercors se traduit finalement par son remplacement par Charles Tillon.