“九一八”事变后，日本帝国主义侵占东北。日本京都大学教授矢野仁一发表一篇《满蒙藏本来并非中国领土》的论文，为满洲国提供依据。傅斯年马上组织方壮猷、徐中舒、萧一山、蒋廷黻一起编写《东北史纲》，专门驳斥日本人“满蒙藏在历史上非中国领土”的谬论。该书第一卷于1932年10月在北平出版。陈槃曾评论此书：“这部用民族学，语言学的眼光和旧籍的史地知识，来证明东北原来是我们中国的郡县；我们的文化种族和这一块地方有着不可分离的关系。”此书曾经李济节译成英文送交国际联李顿调查团，后来李顿调查团的报告书中表示东北是中国的领土，显然接受了该书的观点。
1930年，西北科学考察团瑞典考古学家贝格曼（F. Bergman）在额济纳河流域的黑城发现简牍1万余枚，即是“居延汉简”，次年运抵北平，藏于北平图书馆，由马衡等人整理释读。为了妥善保存这批历史文物，1933年经过胡适与傅斯年的协调，移到北大文科研究所，加速整理。北平沦陷后，傅斯年又将这批材料运往美国妥为保管，使之免于沦落日伪之手。
1932年，傅斯年与胡适、丁文江等在北平创办《独立评论》周刊，在该刊他发表《日寇与热河平津》、《“九一八”事变一年了》、《国联调查团报告书一瞥》等多篇时评，揭露日寇侵华野心，警醒国人不忘国耻。
1935年，傅斯年与俞大綵的爱子出生，当时日本侵略正在不断加深，傅斯年给刚出世的儿子取名为“傅仁轨”。傅解释，本应按“乐”字排行，之所以破例命名，是为纪念唐代朝鲜对日本打歼灭战的大将刘仁轨。
抗战前夕，傅斯年针对当局的退让政策，大声疾呼地号召学人“不南迁，不屈服，坚持到最后一分钟”。抗战初期他为故乡爱国民主人士聊城专员范筑先的殉国而写下“一死泰山重”的赞诗，以鼓舞民族斗志，并不断撰写《天朝——洋奴、万邦协和》、《我替倭奴占了一卦》、《第二战场的前瞻》等评论时局性的论文。
抗日战争爆发后，中央研究院南迁，决策既定，傅斯年立即指示中央研究院各所捆扎物资仪器，打点行装，准备起程。同时满怀豪情地写下了“莫谓书生空议论，头颅掷处血斑斑”的悲壮诗句，以此鞭策自己，激励同事。
抗日战争全面爆发22个月后，傅斯年再在《地利与胜利》一文中估计战争走势。他认定日本的总策略是用相应的代价换取最重要的交通枢纽，在一处呈胶着状态时，另从侧面进攻，或向另一很远的区域进攻，使中国感觉调动困难。傅斯年认为，日本人的这一战略同时决定了最终失败。“抗战的大业，决不能在最近期间结束，至少还有三年。三年以后，我们必偕英法美以全胜，倭国必随中欧的桀纣以灭亡。在我胜利而他灭亡之前，苦是要吃，人力是要尽的。”
傅斯年出任参政员时，积极阐述抗日救国的政见，还提笔为文，被称作有军事知识的文人。他在栗峰山庄的农舍里写成的《地利与胜利》《抗战两年之回顾》等篇文章，就颇具政治军事分析的深度与前瞻性。有人说傅斯年“对政治的兴趣，偏重于内政方面，尤其在澄清内政的空气”。
1945年8月15日，抗战胜利时，傅斯年在重庆。他写信给妻子俞大綵说：他一听到日本投降的消息，欣喜欲狂，冲出寓所，飞奔上街，手舞足蹈，见人便搂抱，狂呼大叫，直到声嘶力竭。等回到寓所，帽子没有了，鞋也丢掉一双。
1945年秋天，傅斯年的夫人俞大綵带着儿子傅仁轨离开李庄去重庆。那时，傅仁轨刚满10岁，傅斯年为儿子书写赞和文天祥的《正气歌》及几首爱国诗篇，写跋嘱其“日习数行，期以成诵”，告以“做人之道，发轨于是，立基于是，若不能看破生死，则必为生死所困，所以异乎禽兽者几希矣。”
平津沦陷时期，敌伪在北京大学旧址继续办学，国人以“伪北大”视之。抗战胜利后，“伪北大”留有数千名师生无从处置。傅斯年认为文入尤其是教师，为人师表，更应保持个人名节，作为全国最高学府的北京大学尤其应做表率。因此，他于10月和12月两次在重庆声明，坚决不任用伪北大人员，认为：“专科以上学校，必须在礼义廉耻四字上，做一个榜样，给学生们下一代看。”“伪北大”教职员在国难当头之时为敌服务，于大节有亏，故不拟继续录用。北平报纸评论说他对伪职人员“有一种不共戴天的忿怒”。伪教职人员组织团体，四处游说、请愿，要求北大继续留用，不少政府官员和朋友也出面讲情，傅斯年顶住各方面压力，坚决辞退了这批伪教职人员。不独如此，他坚决主张严惩汉奸。伪北大校长鲍鉴清附敌有据，河北高等法院宣判他无罪，傅先生搜集鲍4项罪状，向有关机关继续抗告，表明了他对伪职人员的严正态度。