Gjems-Onstad ble beordret til Trondheim som radiotelegrafist for organisasjonen LARK. LARK foresto organiseringen av hjemmestyrkene i Trøndelag. Han ble etter hvert leder av LARK og dermed sjef for Milorg i Trøndelag. I begynnelsen av 1944 fikk han også i oppgave å starte DURHAM, en organisasjon som svært få har hatt kjennskap til både under og etter krigen. DURHAM var kodeordet for den psykologiske krigføringen mot tyske soldater som ble ført fram til mars 1945. Han ledet flere sprengningsaksjoner mot jernbanen vinteren 1945, og ved frigjøringen i 1945 var han på oppdrag i Troms.