就在清华大学因校长问题风生水起的时候，国际形势也以类似物理学中核裂变的方式变化着。叶企孙刚从欧洲归国不久，便发生了九一八事变；在欧洲，德国和意大利正在酝酿着更大的邪恶，人类世界的一场凄风苦雨已不可避免。叶企孙和梅贻琦似乎都听到了灾难临近的脚步声，他们知道时不我待，为了祖国和民族的安危，当务之急是为国家培养更多的救国人才。梅贻琦在任职仪式上就说：“最后我不能不谈一谈国事，中国现在的确是到了紧要关头，凡是国民一分子，不能不关心的。不过我们要知道救国的方法极多，救国又不是一天的事，我们只要看日本图谋中国的情形，就可以知道了。日本田中的奏策，诸位都看过了，你看他们那种处心积虑，就该知道我们救国事业的困难了。我们现在，只要紧记国家危急的情势，刻刻不忘了救国的重责，各人在自己的地位上，尽自己的力，则若干时期之后，自然达到救国的目的了。我们做教师做学生的，最好最切实的救国方法，就是致力于学术，造成有用人才，将来为国家服务。”（《国立清华大学校刊》第341号，1931年12月4日）
叶企孙的年谱里，九一八事变后，有关抗日爱国活动的记述也渐渐频繁起来。
日本帝国主义在鲸吞东三省、建立起傀儡政权伪满洲国后，1933年初又派兵侵占了热河，直逼平津。南京政府一再屈膝妥协，于5月31日与日军签订了《塘沽协定》。
1935年夏，日本侵略者悍然发动了华北事变。日方以天津两名汉奸报社社长被暗杀和遵化县县长支持抗日义勇军孙永勤部为借口，于5月29日向国民党华北当局提出种种无理要求，并于6月11日送来“觉书”，详细列出了各项要求，提出要北平军分会委员长何应钦代表蒋介石，日本驻北平武官高桥坦代表日本华北驻屯军司令梅津美治郎，分别在“觉书”上签字。在日本武力的恫吓下，蒋介石又一次妥协退让，何应钦于7月6日复信梅津美治郎，表示对日方提出的各项要求“均承诺之”。这就是史学家所说的《何梅协定》。11月，贪得无厌的日本侵略者又积极策动“华北自治”运动，妄图使冀、察、晋、绥、鲁5省正式脱离中国版图，成为第二个伪满洲国。
消息传到清华大学后，大家先是震惊，旋即纷纷掩面而泣，为自己将要失去祖国，沦为亡国奴而恸哭不已。叶企孙得知这个消息后，更是忧心忡忡，马上找梅贻琦商议对策。他激动地说：“中国已经到了生死存亡的关键时刻，我们不能沉默了！”
国家兴亡，匹夫有责，梅贻琦也激动了：“我们不能做亡国奴！作为中国的最高学府，我们要表明态度。”
于是叶企孙、梅贻琦又联系了陶孟和、胡适、张奚若等教授，由叶企孙起草通电稿，几经修改后，大家在电文上签上了自己的名字，立即通告全国。通电全文如下：
连日报载通电，有谓河北时局紧迫，要求“自治”。甚且有谓“危机四伏”，提议“自保”者。同人等生长河北，深知各县并无此种情形。所谓“自治”之要求全系奸人所播弄，雇员所制造，绝非民意，当此国难严重之际，用全国统一力量，尚虞不能挽救，欲求一省之自保，岂可得乎？深望乡人，切勿轻听谰言，受人愚弄。迫切陈词，敬希公鉴！
严重的民族危机，使身处国防最前线的北平学生们感到“华北之大，已不能放下一张平静的书桌”，一场波澜壮阔的爱国运动自此拉开序幕。
1936年11月3日，日本侵略军为了震慑中国人民的抗日救亡运动，在北平城郊举行了一次大规模的军事演习。演习之后竟列队入城炫耀自己的武力和阵容。全城的市民都看到了日本人的嘴脸，更加痛恨这些侵略者。清华的同学们也被悲愤的情绪所笼罩，当天中午在大礼堂召开了一次全校师生大会，并举行降半旗仪式，以表明因祖国的沦陷而悲痛欲绝的心声。大会决议组织一次“灾区慰问团”深入演习区，揭露日本侵略者的罪行和罪恶意图。
为了打击日本军队的嚣张气焰，11月7日至12日，宋哲元将军统率的第二十九军也在红山口和固安举行了两次军事演习。清华大学的同学们组成了三百五十多人的慰问团，先后奔赴红山口和固安向士兵们作宣传，并赠送了大批的慰问品。许多同学还亲自参加了士兵们的冲锋演习军事活动，并赠送给第二十九军一面写着“国之干城”的锦旗。叶企孙和吴有训是这次慰问活动的领导者，他们积极称赞士兵们勇敢杀敌的勇气和精神，鼓励大家团结一致，树立信心，保卫家园。叶企孙还对士兵们说：“你们知道吗？那里面有一个不屈不挠的英雄，他叫刑天，他与强大的黄帝作拼死抗争，黄帝砍了他的头，他仍以脐为口，以两乳为眼，双手提着板斧，找黄帝拼命。只要中国人有刑天这种宁死不屈的精神，中国绝对有希望。我相信会有更多的爱国将领像刑天一样同日本人顽强战斗！”
叶企孙的话给了前线将士极大的鼓舞。
不久，日寇又指使蒙奸发动“绥东战争”，爱国将士傅作义率领当地军民奋起抗战，在绥远地区大败日军，一举收复了百灵庙和大庙等地。消息传到了北平，清华园里群情振奋。叶企孙也非常激动，竟然喜极而泣。当他知道前方将士为了保卫自己的祖国和蜂拥而上的日寇殊死搏斗，不惜用石头砸用牙咬的时候，百感交集，泪流满面。他号召清华师生捐款捐物，再次慰问前方将士。有十几位同学组成了“绥远前线服务团”，逆风前往战地服务，许多平时从不做针线活的女同学和教授夫人也参加了缝纫，为前线战士赶制军衣。