新中國成立後，葉企孫一直為熊大縝冤案奔走呼號，尋找為其平反昭雪的機會。想不到沉雪未昭，自己又遭禍端。「文革」爆發後的1967年11月，葉企孫因為熊大縝案牽連，作為「歷史反革命分子」被揪出，成了人民的敵人。在一連串的抄家、揪斗、關押，站「斗鬼台」、送「黑幫勞改隊」改造，以及無休止的交代「歷史問題」等凌辱折磨下，葉企孫一度神經錯亂，進入了陳寅恪《南飛》詩所言「眾生顛倒誠何說，殘命維持轉自疑」的悲慘境地。
據葉企孫的侄子、核物理學家葉銘漢受株連後被迫寫下的一份「揭發材料」說：「新北大公社的大字報說，校文革和新北大公社早就掌握了葉的材料，並曾上報中央文革，因案情嚴重，牽涉到很多人，所以沒有公布……今年2月初，有一次葉忽然說，『井岡山』開辦學習班，要他和崔雄昆去，他未去。因此『井岡山』電台天天點名批判他。以後葉每次來我家都說一件事，並說他到王府井去，也可以聽到『井岡山』的廣播。還說有一種小聲的特殊廣播，是專門為他的。有時『井岡山』和『新北大』兩個電台為他的問題而辯論。一開始我覺得葉所說的內容不合情理，後來逐漸愈來愈感到他的神經不正常。到3月中，我為了證實他所說的是錯誤的，特地去找過周培源，問他井岡山有沒有這種廣播，周聽罷來意，說沒有這種廣播。我向周說：『看來葉是神經失常了，能否請你做些思想工作，跟他說井岡山電台根本沒有這種廣播，是他自己神經錯亂了，是幻覺。』周說：『你跟他說說就行了。」』葉銘漢又說：「三月中，葉說他一舉一動『井岡山』都有反映（應），他喝一口茶，電台就說他喝茶不對。他走出門，電台就叫他馬上回去等等。葉說，『井岡山』一定有一套類似雷達偵察系統，可以看見他的一切行動。我跟葉講，你是學物理的，你知道電波透不過牆，根本沒有這種事，是幻覺。葉根本不相信我的話。葉說你到我家來聽聽就知道了。葉還說，說不定現在就有這種雷達。我為了打破葉的幻覺，曾在3月下旬到葉家去了一次，葉說：『你注意聽，我現在喝一口茶，等一會馬上就會有廣播。』等了一會，我說，根本沒有。葉說：『有，是你的耳朵聾，因此聽不見。』……過了幾天，老周（南按：葉雇的工友）來找我，說他覺得葉的神經有毛病了。周說葉這幾天常說，電台廣播要他去中南海開會。有一天，葉忽然穿好衣服要出去，說廣播說在車庫上車。出去過了一會葉又回來，說廣播不讓他去。」後經葉銘漢送葉企孫到北醫三院神經科檢查，診斷為「幻覺症」，因葉是反革命分子，醫院給了幾片葯打發回家了事。葉的病情越發嚴重，幾次半夜穿衣欲去中南海開會，結果是中南海未能成行，卻一腳踏進了地獄之門。
1967年7月12日，呂正操以「反革命修正主義分子」被捕入獄，緊接著，原東北軍出身的將領張學思（南按：張學良四弟，時為海軍參謀長）等與呂正操有關聯者相繼被逮捕、關押，並由中央軍委成立專案組，審理過去的政治問題。當年在呂正操部隊遇難的熊大縝再度死屍復活，引起了有關部門高度重視。由於熊大縝死屍復活，葉企孫受到牽連，被迫向前來調查的中央軍委辦公廳「呂正操專案組」人員寫交代材料。1968年4月，「呂正操專案組」將葉企孫作為C。C。特務逮捕關押，開始進行審訊。在押期間，「專案組」進行了大量的「內查外調」，除葉企孫本人，曾對眾多人員，包括許多知名人士如翁文灝、馮友蘭、趙訪熊、戴世光、何成鈞、周仁、周同慶、吳澤霖，以及清華大學秘書長沈履、原清華庶務科長畢正宣等進行調查審問。一時間，搞得雞飛狗跳，人人自危，凡與葉企孫熟悉的人都處在驚慌恐怖之中。在威逼恐嚇下，被調查審問者有的始終堅持了人格魅力與文化良知，據實相告。有的出於各自的目的，信口開河，甚至有些神經質地胡言亂語，使本來並不複雜的一個案件，變得撲朔迷離，難辨真偽，最後導致許多人捲入案中蒙受不白之冤。
從「專案組」審訊案卷可以看到，葉企孫涉案問題主要有二：一是與熊大縝的關係；二是在抗戰期間和朱家驊的關係。或者說，葉在與熊、朱二人交往中，是否參與了特務組織和從事反革命活動。
1968年9月3日，被捕入獄的葉企孫第一次被提審，審訊員是雲、李、孫、劉等四人。身戴手銬腳鐐，頭髮蓬亂，一身破衣的葉企孫，被帶進審訊室落座，審訊員第一句話便是：「你的罪行是嚴重的。交代你和熊大正（南按：原案卷為熊大正）的往來關係！！」
葉企孫於驚恐中交代說：「熊大正去冀中是由北京教會中一個姓黃的送往冀中的。這段話是熊大正在天津清華同學會和我講的。我反對熊大正去冀中，熊大正在1938年端午節從冀中來到天津，劉維來天津交給我一張紙條，是熊大正親筆寫的，信上說，介紹劉維與你接頭（劉維是代表熊大正到天津辦事，是熊大正派出來的，與我接頭）。在冀中呂正操是領導，也可以講劉維是代表冀中的。很快我代（帶）劉維到王崇植那裡去了，見到了王。我知道王是C.C，我的態度是支持南京政府的。」
在被問及何人、在何地搞無線電台時，葉企孫交代說：「作無線電台是在清華同學會，是我安排在三樓一間房子里作電台，我是清華大學臨時辦事處負責人，他們兩人來也是找我。不久，熊大正來了，時間是端午節，從冀中到天津的，住在清華同學會。熊大正來了之後，和我講了一些冀中情況：1.貨幣情況；2.經濟商業情況；3.交通情況；4.軍隊情況沒談多少。我和熊大正講過呂正操應該同鹿鍾麟取得聯繫，這是我的意見，熊大正贊成我的意見，並說這件事還得看情況。我們當時在呂鹿問題上定了暗號，用『呂鹿合婚』的暗語與熊大正互通情報。」
因葉企孫已經牽涉到控制中共冀中軍隊的呂正操，與時任國民黨政府河北省主席的鹿鍾麟的敏感問題，而鹿在河北建立敵後省政權，又曾與八路軍發生過摩擦和不快，此事立即引起了審訊人員的警覺，隨後的問答也變得緊張、簡短、尖銳起來。
問：目的是什麼？呂鹿合婚目的？
葉：我的目的是支持蔣介石。
問：呂正操當時受誰領導？
葉：是共產黨領導。
問：鹿鍾麟當時受誰領導？
葉：是蔣介石領導。
問：呂鹿合婚你主張由誰領導？
葉：我支持蔣介石，由蔣介石領導。
問：交代以後如何搞呂鹿合婚及通情報問題。
葉：我於1938年10月5日離開天津到上海，10月底到香港，11月10日在香港收到熊大正的來信（熊大正的信是從天津發到香港。信中談到呂鹿合婚等情況，詳見原信件），信中說：「林兄近日對生等印象不佳，現為生詳為解說，不快之感已去，並願與生合作編輯書籍之事。」這段話的意思是說，林風對參加冀中工作不滿，「編輯科學書籍」，此話是指「參加冀中工作的問題」。
問：熊大正在冀中工作與林合作「搞編輯科學書籍」之事，你必須交代實質問題！葉：說不清……問：南方家中指什麼？
葉：是指西南聯大。我給熊回了2－3封（信），內容記不清了。我是從1938年11月底由香港回到昆明，1939年3月朱家驊從重慶給我來電報，電文是「生死莫卜」，意思是指熊大正在冀中被捕生死不知。朱家驊怎知熊大正被捕之事？朱是從天津黨政軍辦事處那知道的。天津黨政軍辦事處知道我與熊大正很熟，所以他們叫朱家驊給我打的電報，我接到朱家驊電報後，給朱家驊回信，叫朱家驊營救熊大正。
問：還採取什麼行動營救熊大正？
葉：我在1939年4－5月到昆明找到國民黨中央研究院叫陶孟和（社會科學所所長，在葉企孫領導下）幫忙，請他再託人幫助營救熊大正，但是不久在昆明路上聽說熊大正死了。誰說的記不清了。
第一個回合的審訊結束後，緊接著是第二個回合、第三個回合與無數個回合的交鋒。審訊內容仍是圍繞上述兩大主題展開。從部分審訊材料看，「專案組」對葉企孫如何進入中央研究院，以及是否加入陳立夫的C。C。特務組織之事，似乎更加關注。
在抗戰期間和勝利之後，沒有人特別關心朱家驊、葉企孫二人的關係，當時學術界知識分子普遍認為，葉氏暫辭清華大學「特種委員會主任」，加盟中央研究院並出任總幹事一職，屬於正常的工作調動，沒有任何特殊的背景和政治色彩。想不到二十個春秋之後，這個簡單的工作調動已變得不再普通和尋常了，葉企孫與朱家驊的關係，由此成為決定他在深牢大獄中待多久，甚至是能否保住人頭的焦點所在。按照葉企孫的交代，他突然轉行出任中央研究院總幹事，主要是朱家驊的盛意。葉說：「據吾推測，中央研究院要吾擔任總幹事的理由，是因為吾對各門科學略知門徑，且對於學者間的糾紛，尚能公平處理，使能各展所長。」
在