年6月，内战全面爆发。年底，按照周恩来、董必武安排，吴藻溪到上海，参加中共领导的地下军事、政治外交、文化教育等方面的工作。此时，在国统区发表反战声明、开展进步活动，要承担极大风险，随时会被抓捕、被暗杀。但吴藻溪的性格一向是刚烈的，只要是他认定了是真理，他从来都是勇往直前、无所畏惧。
按照九三学社成立大会和主席团授权，吴藻溪多次以九三学社名义，在重庆、上海积极推动落实政协各项协议，单独或与其他民主党派、民主人士提出“内政非军事所能解决，民族必须独立自主”；向南京惨案的受害者发出慰问电；“要求立即追究李闻惨案祸首”；“主张立即停战实行政协决议，解散特务机关严惩战犯汉奸”；“致函华莱士，指出美片面援助助长中国内战，希望他能督促美政府改变政策”；“要求美政府迅速撤退在华驻军，并停止一切‘火上加油’的片面援助”；“发表声明否认伪宪，伪宪是独裁者延长内战的工具”……代表了广大科教界人士的心声，有力地策应、声援了中共的反战斗争。新华日报进行了详细报道。他还与褚辅成、孙荪荃、孟宪章等，联络王造时、施复亮，发起“对日问题座谈会”，反对美国政府扶持日本军国主义。在上海，有人策动褚辅成、孟宪章出席国民大会，并以九三学社名义在谭平山、孙荪荃夫妇家聚会。吴藻溪得知消息后，立即赶去，以九三学社总社常务理事的身份宣布解散会议，并对参会人员提出警告，深为谭平山钦佩。
中央研究院总干事萨本栋以国民政府名义与美国签订《中美商约》，勾结美国奸商雷诺察勘中国铀矿，搞积石山探险。吴藻溪闻讯后，在《科学时报》发表文章，揭露萨本栋卖国行径。萨在高等法院提出控告他。由于时任中国科学社社长的任鸿隽主持正义，他挫败了萨的阴谋。受反动势力指使，北平市参议会议长唐嗣尧在北平成立“世界科学社”，并宣称将在上海设立分社，意图抵销由他主持的世界科学社的影响。他借助《时代日报》及时揭露唐的阴谋，劝他悬崖勒马。
年2月10日，上海《文汇报》以“悲愤的抗议”报道：本市各界对于昨日上午发生在南京路劝工大楼的爱用国货惨案极为重视……对梁仁达同志被杀害，吴藻溪说：“上海工商界提倡国货，抵制美货，纯粹是一种爱国运动，竟亦被人殴打，实在太不合理。在这以前，也因进行爱国运动而被殴打，受伤最重者尚未脱离生命危险，像这样一类的现象，使我们感到又回到了芦沟桥事变以前的爱国有罪的时候了”。
吴藻溪曾在新华日报发表“次韵和黄任公并祝新华日报九周年”五首，其中一首云：大地沉沉杀气严，奋身飞上彩云间。凭将只手回天运，莫放猴逃佛指籤。将军师出太无名，率土人民反战声。莫道舆情何足恤，由来众志可成城。尽管形势极不明朗，甚至十分严峻，但在这首诗里，他表达了对中国人民、中国民主进步力量能够取得最终胜利的信心。
年，中共代表团、新华日报办事处相继撤离国统区，白色恐怖进一步加剧。吴藻溪专门向郭沫若请教：“石燕和海燕是否相同？”郭沫若答称：“两者有别，海燕比石燕更勇敢些。”他知道暴风雨即将来临，决心做一只海燕，随时准备迎接战斗。他还拜见董必武，表示“坚持革命立场，决不屈服”，并向董老提出入党要求。董指示他找周建人。周约谈，他因迟到几分钟，失去了这次机会。
民盟由于在政治主张上与中共保持一致，被蒋介石下令解散。作为民盟中央委员，吴藻溪公开主张抵抗，如果蒋介石乱捕乱杀，就发动罢课、罢工、罢市，配合人民解放军军事行动，加速蒋介石灭亡。魏德迈曾挑拨说：美国只反对中共，并不反对其它各党派，偏袒蒋介石国民党一党政府。他致函魏德迈，驳斥其谬论，指出：“美国没有理由干涉中国的任何党派。”
吴藻溪在上海认识了英国驻华文化委员会负责人戴勒斯，与他在静安寺附近见面，由九三社员勾适生任翻译。他们谈了中国进步的民主运动受国民党压制的问题，要求帮助向国外发布新闻，商量民盟被迫害人士政治避难办法，商请英国驻华大使转示香港当局，保障中共及中国各民主党派人士在港、澳的安全。在他的努力下，英方表示提供总领事馆作政治避难地点有难处，但欢迎中国各民主党派人士在港、澳的活动。史蒂文大使还专程前往香港，与港英进行蹉商，直接促成大批民主人士到香港“避风”。他通过戴勒斯得到很多书籍，特别是科技方面的，通过章汉夫、李正文送往苏北解放区。
吴藻溪广泛收集内战爆发后，国统区报导的妇女、儿童和老弱人员被杀、自杀、饥寒、病痛等悲惨情况，向美国驻华使馆、联合国秘书处国际人权保障会议，以及美英苏各报致函，抗议或谴责美帝援蒋罪行。联合国公报发表了吴藻溪的信。国际人权保障会议在布拉格召开，特邀他参加。但国民政府拒发签证。
年，吴克坚指示吴藻溪策反闸北到江湾一线国民党军，具体工作由中共地下上海局策反委员会书记张执一、委员李正文领导。吴藻溪通过内线，找到国军上将李华英。李是军政部主任参事，因反对蒋介石发动内战、媚美绥日而主动申请退休。由于他胆小怕事，没敢做，但也未出卖吴藻溪。蒋介石引退后，密令汤恩伯将国库银元、黄金、美钞、英磅、港币等偷运台湾，具体由俞鸿钧、刘攻芸等负责。李华英将这一消息告诉了吴藻溪。吴藻溪联络中央银行和南京方面金融人士，故意通报相关消息。偷运行为受到立法、监察两院质询弹劾，上海工商界也强烈要求制止金银外运。
吴藻溪以九三社员身份，也试着对李宗仁、李文定、曹福林、刘汝明等军政要员施加影响。淞沪警备司令部、上海市警察局对他的行动早有察觉，曾3次侦捕吴藻溪，由于他的机警而幸免于难。黄炎培之子、民建临干会常务干事、中央银行稽核专员黄竞武（也称黄敬武）与他并肩作战，主要负责调查四行两局的组织、业务和人事，研究上海解放后如何改进国家银行业务和上海市政。年5月，他不幸被国民党保密局抓捕，受尽酷刑，被活埋在监狱地下。上海解放后，人民政府在旧中央银行召开黄竞武、宋茂林烈士追悼会，吴藻溪在会上报告了黄竞武的工作。军事代表卢钝根代表人民解放军致辞：我们接收伪中央银行，发现一切都准备得很好，以为伪中央银行比其他各伪行都进步些。刚才听了报告，才知道这里面饱含着先烈的鲜血！
李正文在《回忆黄敬武烈士》一文中说：“我认识黄敬武是在年2月，当时我是中共上海局策反工作委员会委员，主管陆军方面的策反工作，书记是张执一。张执一把吴藻溪作为工作关系介绍给我。吴在策反工作上是有贡献的。黄敬武，就是吴藻溪介绍给我当作工作关系的。”（《中央盟讯》年第2期）
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