1938年3月的一天，熊大缜突然对叶企孙说：“我要到冀中区去，帮助那里的人们进行武装抗日，那里需要科技人员帮助。”叶听罢有些吃惊，便问：“是谁介绍你去的？”熊答道：“是一位姓黄的，事情紧急，我这几天就要动身。”面对突如其来的变故，叶在后来的交代材料中说：“吾是不赞成他去的，但因事关抗日，吾无法极力阻止，也没有什么理由可以阻止他。几天后，他动身了。吾只送他到同学会门口，没有看到带路的人。”到了这年的端午节，熊大缜与一位北平工学院的毕业生结伴来到天津，师生见面，叶才得知熊到冀中后，在吕正操麾下的后勤部门工作。
吕正操原是东北军首领张学良的副官，“七七事变”时任原东北军改编的国民党五十三军一三零师六九一团团长，防区在石家庄、保定一线。1937年10月14日，吕正操“反水”，率部在小樵镇宣布脱离国民党五十三军，改称“人民自卫军”，自封总司令，同时接受共产党中央北方局负责人刘少奇的指示，向敌后撤退，独立抗日打游击。后随着战争形势发展，吕又出任八路军第三纵队司令员兼冀中军区司令员、冀中区总指挥部副总指挥、晋绥军区司令员等要职，率部在冀中地区与日军展开游击战，创建了共产党领导的第一块平原抗日根据地。
当时的冀中军区极需要武器弹药特别是无线电收发设备，冀中军区党委便秘密派遣地下党员张珍（原辅仁大学助教）赴平津组织一批知识分子、技术人员到根据地，输运、制造烈性炸药和收发报机的装配。张珍领命后秘密潜往北平，打听到辅仁大学的同学孙鲁以及住在北平某教会学校的长老会长老黄浩（南按：黄与中共地下党有来往，其子与张珍同学），孙与黄又找到了在天津留守的熊大缜（南按：孙后来由辅仁转到清华念书，与熊一个宿舍）。在孙与黄的鼓动下，熊头脑一热，急火攻心，决定放弃南下计划，不顾叶企孙劝阻毅然决然地奔赴冀中参加抗日。熊大缜安全到达预定地点后，很快被任命为冀中军区供给部部长，并着手筹建技术研究社，开展烈性炸药、地雷、雷管等研制工作，以炸毁从北平到沧州、石家庄一线的铁路，切断日敌交通大动脉。同时研究、安装短波通讯工具，以保证军事通讯的畅通。要完成这一工作，就需要购买材料和寻找相关的技术人才，于是，熊大缜于1938年的端午节化装打扮，悄悄潜入天津寻求恩师叶企孙帮助。
分别数日的师生相见，自是一番亲热交谈，当熊大缜谈了自己的情况与受领的任务后，叶很为熊的处境担心，曾言：“缜弟去冀中任供给部长时，予即以为彼在区中无可靠的、素来相熟的、而且有见识的朋友，而即应此重任，恐无好果。”叶企孙此言，不失为上海人的精明与几度主持清华校务的“过来人”的经验之谈，后来的事实被他不幸而言中，除了熊本人丢掉了性命，叶企孙也在许多年后因受株连而横遭下狱。但当时国共在表面上已形成了抗日统一战线，全国范围内兴起了“抗战第一，其他政治见解、个人利益均放在一边”等抗日爱国口号和风潮，叶在为弟子担心受怕的同时，也认为“在全国抗战时期，须得容忍不同的政治思想和组织，凡是确在做抗战工作的人，大家都应鼓励他们、支持他们”。
在这种思想和风潮感召下，叶企孙不但未阻止熊大缜的人生选择和工作计划，反而在留津的空隙秘密帮助熊接通关系，购买制备雷管需用的化学原料和铜壳，制备电雷管需用的铂丝和控制爆炸用的电动起爆器等。同时按熊的要求，叶先后介绍了汪德熙、李广信、阎裕昌、胡大佛等清华师生、职工和平津高校的毕业生去冀中军区参加了“技术研究社”，开展各种军火通讯设备的研制工作。
熊大缜得到叶企孙推荐的人才与材料回部队后，在制造炸药的同时，又用土办法、土设备成功研制出了合格的枪炮弹药。1938年9月，熊大缜等几位技术人员与官兵一起，在 平汉铁路保定方顺桥附近埋设了由“技术研究社”研制的tNt药性地雷，将日军的机车车头炸得粉碎。自此，这种含tNt烈性炸药的地雷在冀中平原广泛应用，使日军闻之丧胆，吃尽了苦头。当时吕正操部控制的冀中平原，既无山亦无森林，是打游击战的禁忌，甚至在兵法上被视为“死地”与“绝地”。而吕部在无军工物资弹药来源的情况下，竟能与强大的日军机械化部队抗争，除了巧妙的组织指挥和官兵英勇善战外，很大一部分原因取决于熊大缜等爱国知识分子的加入，以及发挥的科学技术作用。正是科技人才和科技力量的加盟，抗战八年，不但冀中军区没有被日军消灭，反而创造了二次世界大战史上的奇迹。因了这一奇迹，使许多抗日文艺作品的原型出在这里，而且受到国外报刊的称赞。当时有一位叫雷蒙德·保罗·陆登（Raymond Paul Ludden）的美国外交官，率领美国民党军事观察团深入共产党领导的各抗日根据地进行实际考察后，在撰写的报告中说：“冀中的形形色色地雷和美国的火箭差不多，美国的技术在中国的晋察冀都有了。”陆登为此专门向罗斯福总统建议，美国应直接与共产党联系，协同作战。
由当时翼中军区的作战成果和美国观察家陆登的报告，从另一个方面证明了决定战争的主要因素不是地利，而是人，特别是掌握科学技术的人才。但自新中国成立后，在所有涉及冀中抗日战争的史著、文艺作品中，很难见到对知识分子的描述。在著名的《地雷战》、《地道战》、《平原作战》号称“三战”电影大片中，均没有科技人才和爱国知识分子的踪影，有的只是文化程度不高的农民，于偏僻的乡村刻苦研制、发明巧妙神奇的地雷。——就艺术角度言，农民造地雷炸鬼子的故事显得既热闹、新奇，又适应了“人民创造历史”的理论导向，但就历史事实论，则十分不符。或许正是后来的胜利者骨子里对知识分子的轻视和不信任，才导致了熊大缜、叶企孙等知识分子群体的悲剧。
1939年9月，晋察冀军区除奸部怀疑熊大缜等知识分子是天津国民党特务机关——“天津党政军联络办事处”（南按：据党史资料显示，该办事处是抗战初期，根据中共的指示，由国共两党共同商定建立的统一战线的秘密组织）派到冀中军区的C。C。系特务、汉奸。在未经过晋察冀军区司令员聂荣臻批准的情况下，就通过冀中军区锄奸部擅自将熊大缜及180余名来自清华及全国其他高校的青年知识分子秘密逮捕。这批人“有押入边区政府者，有押送延安受训者”。被押解者全部手铐脚镣，遭到刑讯逼供，残酷折磨。吕正操虽是冀中军区司令员，但他原是张学良的副官，刚加入共产党不久，对于上级派来的锄奸部所做的一切事情无权过问，因而眼看着熊大缜等青年知识分子落入虎口却无力施救。
在熊大缜等“技术社”人员关押、审讯期间，由于没有科技人才制造武器弹药用于抗战中的消耗补给，导致冀中军区官兵在一个时期内只能手拿空枪，用秸秆塞在弹袋里假装子弹与敌人作战、周旋，紧急时候只能用拼刺刀的方式与敌人肉搏，死伤惨重。当这一悲剧性的秘密被敌人知晓后，中方官兵连徒手的汉奸都难以吓住，结果引来了敌伪军的猖狂进攻和扫荡，冀中平原抗日根据地受到未曾有过的重创，基本上土崩瓦解。
而在这个历史时刻，叶企孙已离开天津抵达昆明，并在西南联大开始了教学、研究生涯。时在重庆的朱家骅通过天津“党政军联络办事处”得知这一消息，立即给昆明的叶企孙拍发电报，谓熊“生死莫卜”。叶接电后速给朱回电，请朱设法予以营救。与此同时，叶还通过与中共友善的陶孟和，请其设法向重庆八路军办事处周恩来反映情况，帮助营救。就在各方紧密联络与想方设法之际，日军趁吕正操部武器弹药供给不足的劣势，展开对冀中抗日根据地大规模扫荡，吕部力不能敌，被迫进行战略转移。当时熊大缜由冀中军区锄奸部看押，在转移途中，为防熊大缜逃跑，锄奸部一负责看押的头目亲自找来一块石头，将其引入一块高粱地，从背后猛击头部数下。熊当场鲜血喷溅，脑浆迸裂，倒地毙命，锄奸部人员弃尸而去。据说，那个亲手砸死熊大缜的人，新中国成立后为某省的主要领导者之一，一直活到20世纪80年代末。
1940年1月23日，朱家骅在接到天津市执行委员许惠东对熊大缜等人被捕事件的方式报告后，以中国国民党中央执行委员会组织部的名义致函国民政府政行院，提出了解决意见。当时朱尚不知熊已被押解人员用石头砸死，函文称：“其中张方（南按：燕大化学系毕业生，由熊引荐到冀中军区技术研究社制造炸药、雷管等）受刑最惨，两手四肢全断；其次为熊君及李琳，殊乘听闻。查熊君纯系热诚爱国抗日青年，其一切均为惠所深知。若巫为汉奸，实为不伦。务祈严饬边区政府，迅即释放，并严予制止，嗣后不再发生此类事件等事情。”此函由行政院转报蒋介石，根据蒋的指示，“转电朱彭两总副司令查明、释放”。在国民党政府的压力和中共高层指示下，“四肢全断”的张方等人得以释放，侥幸捡了一条性命，而熊大缜却未等到这一天即命赴黄泉，沦为冤死之鬼。