1938年3月的一天，熊大縝突然對葉企孫說：「我要到冀中區去，幫助那裡的人們進行武裝抗日，那裡需要科技人員幫助。」葉聽罷有些吃驚，便問：「是誰介紹你去的？」熊答道：「是一位姓黃的，事情緊急，我這幾天就要動身。」面對突如其來的變故，葉在後來的交代材料中說：「吾是不贊成他去的，但因事關抗日，吾無法極力阻止，也沒有什麼理由可以阻止他。幾天後，他動身了。吾只送他到同學會門口，沒有看到帶路的人。」到了這年的端午節，熊大縝與一位北平工學院的畢業生結伴來到天津，師生見面，葉才得知熊到冀中後，在呂正操麾下的後勤部門工作。
呂正操原是東北軍首領張學良的副官，「七七事變」時任原東北軍改編的國民黨五十三軍一三零師六九一團團長，防區在石家莊、保定一線。1937年10月14日，呂正操「反水」，率部在小樵鎮宣布脫離國民黨五十三軍，改稱「人民自衛軍」，自封總司令，同時接受共產黨中央北方局負責人劉少奇的指示，向敵後撤退，獨立抗日打游擊。後隨著戰爭形勢發展，呂又出任八路軍第三縱隊司令員兼冀中軍區司令員、冀中區總指揮部副總指揮、晉綏軍區司令員等要職，率部在冀中地區與日軍展開游擊戰，創建了共產黨領導的第一塊平原抗日根據地。
當時的冀中軍區極需要武器彈藥特別是無線電收發設備，冀中軍區黨委便秘密派遣地下黨員張珍（原輔仁大學助教）赴平津組織一批知識分子、技術人員到根據地，輸運、製造烈性炸藥和收發報機的裝配。張珍領命後秘密潛往北平，打聽到輔仁大學的同學孫魯以及住在北平某教會學校的長老會長老黃浩（南按：黃與中共地下黨有來往，其子與張珍同學），孫與黃又找到了在天津留守的熊大縝（南按：孫後來由輔仁轉到清華念書，與熊一個宿舍）。在孫與黃的鼓動下，熊頭腦一熱，急火攻心，決定放棄南下計畫，不顧葉企孫勸阻毅然決然地奔赴冀中參加抗日。熊大縝安全到達預定地點後，很快被任命為冀中軍區供給部部長，並著手籌建技術研究社，開展烈性炸藥、地雷、雷管等研製工作，以炸毀從北平到滄州、石家莊一線的鐵路，切斷日敵交通大動脈。同時研究、安裝短波通訊工具，以保證軍事通訊的暢通。要完成這一工作，就需要購買材料和尋找相關的技術人才，於是，熊大縝於1938年的端午節化裝打扮，悄悄潛入天津尋求恩師葉企孫幫助。
分別數日的師生相見，自是一番親熱交談，當熊大縝談了自己的情況與受領的任務後，葉很為熊的處境擔心，曾言：「縝弟去冀中任供給部長時，予即以為彼在區中無可靠的、素來相熟的、而且有見識的朋友，而即應此重任，恐無好果。」葉企孫此言，不失為上海人的精明與幾度主持清華校務的「過來人」的經驗之談，後來的事實被他不幸而言中，除了熊本人丟掉了性命，葉企孫也在許多年後因受株連而橫遭下獄。但當時國共在表面上已形成了抗日統一戰線，全國範圍內興起了「抗戰第一，其他政治見解、個人利益均放在一邊」等抗日愛國口號和風潮，葉在為弟子擔心受怕的同時，也認為「在全國抗戰時期，須得容忍不同的政治思想和組織，凡是確在做抗戰工作的人，大家都應鼓勵他們、支持他們」。
在這種思想和風潮感召下，葉企孫不但未阻止熊大縝的人生選擇和工作計畫，反而在留津的空隙秘密幫助熊接通關係，購買製備雷管需用的化學原料和銅殼，製備電雷管需用的鉑絲和控制爆炸用的電動起爆器等。同時按熊的要求，葉先後介紹了汪德熙、李廣信、閻裕昌、胡大佛等清華師生、職工和平津高校的畢業生去冀中軍區參加了「技術研究社」，開展各種軍火通訊設備的研製工作。
熊大縝得到葉企孫推薦的人才與材料回部隊後，在製造炸藥的同時，又用土辦法、土設備成功研製出了合格的槍炮彈藥。1938年9月，熊大縝等幾位技術人員與官兵一起，在 平漢鐵路保定方順橋附近埋設了由「技術研究社」研製的TNT藥性地雷，將日軍的機車車頭炸得粉碎。自此，這種含TNT烈性炸藥的地雷在冀中平原廣泛應用，使日軍聞之喪膽，吃盡了苦頭。當時呂正操部控制的冀中平原，既無山亦無森林，是打游擊戰的禁忌，甚至在兵法上被視為「死地」與「絕地」。而呂部在無軍工物資彈藥來源的情況下，竟能與強大的日軍機械化部隊抗爭，除了巧妙的組織指揮和官兵英勇善戰外，很大一部分原因取決於熊大縝等愛國知識分子的加入，以及發揮的科學技術作用。正是科技人才和科技力量的加盟，抗戰八年，不但冀中軍區沒有被日軍消滅，反而創造了二次世界大戰史上的奇蹟。因了這一奇蹟，使許多抗日文藝作品的原型出在這裡，而且受到國外報刊的稱讚。當時有一位叫雷蒙德·保羅·陸登（Raymond Paul Ludden）的美國外交官，率領美國民黨軍事觀察團深入共產黨領導的各抗日根據地進行實際考察後，在撰寫的報告中說：「冀中的形形色色地雷和美國的火箭差不多，美國的技術在中國的晉察冀都有了。」陸登為此專門向羅斯福總統建議，美國應直接與共產黨聯繫，協同作戰。
由當時翼中軍區的作戰成果和美國觀察家陸登的報告，從另一個方面證明了決定戰爭的主要因素不是地利，而是人，特別是掌握科學技術的人才。但自新中國成立後，在所有涉及冀中抗日戰爭的史著、文藝作品中，很難見到對知識分子的描述。在著名的《地雷戰》、《地道戰》、《平原作戰》號稱「三戰」電影大片中，均沒有科技人才和愛國知識分子的蹤影，有的只是文化程度不高的農民，於偏僻的鄉村刻苦研製、發明巧妙神奇的地雷。——就藝術角度言，農民造地雷炸鬼子的故事顯得既熱鬧、新奇，又適應了「人民創造歷史」的理論導向，但就歷史事實論，則十分不符。或許正是後來的勝利者骨子裡對知識分子的輕視和不信任，才導致了熊大縝、葉企孫等知識分子群體的悲劇。
1939年9月，晉察冀軍區除奸部懷疑熊大縝等知識分子是天津國民黨特務機關——「天津黨政軍聯絡辦事處」（南按：據黨史資料顯示，該辦事處是抗戰初期，根據中共的指示，由國共兩黨共同商定建立的統一戰線的秘密組織）派到冀中軍區的C。C。系特務、漢奸。在未經過晉察冀軍區司令員聶榮臻批准的情況下，就通過冀中軍區鋤奸部擅自將熊大縝及180餘名來自清華及全國其他高校的青年知識分子秘密逮捕。這批人「有押入邊區政府者，有押送延安受訓者」。被押解者全部手銬腳鐐，遭到刑訊逼供，殘酷折磨。呂正操雖是冀中軍區司令員，但他原是張學良的副官，剛加入共產黨不久，對於上級派來的鋤奸部所做的一切事情無權過問，因而眼看著熊大縝等青年知識分子落入虎口卻無力施救。
在熊大縝等「技術社」人員關押、審訊期間，由於沒有科技人才製造武器彈藥用於抗戰中的消耗補給，導致冀中軍區官兵在一個時期內只能手拿空槍，用秸稈塞在彈袋裡假裝子彈與敵人作戰、周旋，緊急時候只能用拼刺刀的方式與敵人肉搏，死傷慘重。當這一悲劇性的秘密被敵人知曉後，中方官兵連徒手的漢奸都難以嚇住，結果引來了敵偽軍的猖狂進攻和掃蕩，冀中平原抗日根據地受到未曾有過的重創，基本上土崩瓦解。
而在這個歷史時刻，葉企孫已離開天津抵達昆明，並在西南聯大開始了教學、研究生涯。時在重慶的朱家驊通過天津「黨政軍聯絡辦事處」得知這一消息，立即給昆明的葉企孫拍發電報，謂熊「生死莫卜」。葉接電後速給朱回電，請朱設法予以營救。與此同時，葉還通過與中共友善的陶孟和，請其設法向重慶八路軍辦事處周恩來反映情況，幫助營救。就在各方緊密聯絡與想方設法之際，日軍趁呂正操部武器彈藥供給不足的劣勢，展開對冀中抗日根據地大規模掃蕩，呂部力不能敵，被迫進行戰略轉移。當時熊大縝由冀中軍區鋤奸部看押，在轉移途中，為防熊大縝逃跑，鋤奸部一負責看押的頭目親自找來一塊石頭，將其引入一塊高粱地，從背後猛擊頭部數下。熊當場鮮血噴濺，腦漿迸裂，倒地斃命，鋤奸部人員棄屍而去。據說，那個親手砸死熊大縝的人，新中國成立後為某省的主要領導者之一，一直活到20世紀80年代末。
1940年1月23日，朱家驊在接到天津市執行委員許惠東對熊大縝等人被捕事件的方式報告後，以中國國民黨中央執行委員會組織部的名義致函國民政府政行院，提出了解決意見。當時朱尚不知熊已被押解人員用石頭砸死，函文稱：「其中張方（南按：燕大化學系畢業生，由熊引薦到冀中軍區技術研究社製造炸藥、雷管等）受刑最慘，兩手四肢全斷；其次為熊君及李琳，殊乘聽聞。查熊君純系熱誠愛國抗日青年，其一切均為惠所深知。若巫為漢奸，實為不倫。務祈嚴飭邊區政府，迅即釋放，並嚴予制止，嗣後不再發生此類事件等事情。」此函由行政院轉報蔣介石，根據蔣的指示，「轉電朱彭兩總副司令查明、釋放」。在國民黨政府的壓力和中共高層指示下，「四肢全斷」