1937年，米內光政復出擔任海軍大臣，他提拔山本五十六為海軍省次長，也提拔井上為海軍省軍務局局長。「海军省的左派三重奏」再度成型。为了避免与美英为敌，他們反對海軍投入支那事變，也在加入軸心國表決上投下反對票。但是他們也因此付出「代價」，山本五十六調任聯合艦隊司令長官，1939年10月23日井上也被「明升暗降」至「支那方面艦隊」担任参谋长，11月15日晋升海军中将。1939年至1940年井上成美指挥集结于汉口方面机场的海军"第二联合航空队"（指挥官大西泷治郎少将）以及增援的"第一联合航空队"（指挥官是山口多闻少将）进行轰炸重庆作战，包括参与制订和指挥1940年“101号作战”，井上对101号作战寄予很大期望，飞到汉口前线激励部下：借此一役像当年对马海战一样“决定日本的命运”，企图通过空中攻势使坚持抗战的蒋中正政权崩溃。