1937年7月，抗戰全面爆發，梁思成和林徽因在山西五台山發現了我國最古老的一座木結構建築――建于唐代的佛光寺大殿，可戰亂不容許他們繼續考證了。
夫婦二人迅速回京，幾經輾轉全家逃難到了昆明。

　　在逃難的過程中，林徽因飽受折磨，她曾寫道：我們在令人絕望的情況下又重新上路。
每天淩晨一點，摸黑搶着把我們少得可憐的行李和我們自己塞進長途車，這是沒有窗子、沒有點火器、樣樣都沒有的玩意兒，喘着粗氣、搖搖晃晃、連一段平路都爬不動，更不用說又陡又險的山路了……不過梁思成、林徽因夫婦一直很樂觀，當時有不少學者取道廣州去了香港，他們卻堅持留在西南。
到雲南後，林徽因還為雲南大學設計了具有民族風格的女生宿舍。

　　1940年，她随梁思成的工作單位中央研究院遷到四川宜賓附近的李莊。

　　當時的撤退十分慌亂，梁思成在行前突發高燒，隻得暫時留下休養。
林徽因獨自帶着兩個孩子和母親，乘坐一輛客車出發。
林徽因事後對費慰梅提起，她們所乘的那輛特殊的客車裡面裝載了30多人，人多物雜，車廂擁擠不堪，每個人隻好采取“騎馬蹲裆式”，把兩腳叉開坐在行李卷上，盡量縮小占有空間，随着車的颠簸動蕩苦熬時日。

　　據梁從誡先生回憶：“到威甯縣城，天已全黑，而車子在離城門幾裡處突然抛錨。
人們既不能卸下行李掮進城，又怕行李留在車裡被人搶劫，最後隻好全車人留在卡車裡過夜。
而我又偏偏發起高燒，媽媽隻好自己拖着一家人進城為我找醫生。
次晨聽說，夜裡狼群竟圍着車廂嗥了半宿。
”

　　很難想象身體瘦弱、外表文靜的林徽因竟如此勇敢。

　　在李莊，梁思成一家住的是低矮破舊的農舍，大西南物資貧乏，加上長期颠沛流離，林徽因經常生病，限于醫療條件，梁思成學會了注射，為妻子打針服藥，身體稍微恢複，林徽因便“在菜籽油燈的微光下，縫着孩子的布鞋，買便宜的粗食回家煮”。

　　李健吾先生聞聽林徽因雖罹患重病而不離開祖國時，曾激動地說：“她是林長民的女公子，梁啟超的兒媳。
……美國聘請他們夫婦去講學，他們拒絕了，理由是應該留在祖國吃苦！
”

　　雖然是名門大小姐，太太客廳的寵兒，可此時的林徽因卻絲毫沒有纨绔習氣，盡管艱難，也保持着平靜心态，在一封1940年11月寫給費正清夫婦的信中，林徽因還相當幽默地寫到了金嶽霖：可憐的老金每天早晨在城裡有課，常常要在早上五點半從這個村子出發，而沒來得及上課空襲又開始了，然後就得跟着一群人奔向另一個方向的另一座城門、另一座小山，直到下午五點半，再繞許多路走回這個村子，一整天沒吃、沒喝、沒工作、沒休息，什麼都沒有！
這就是生活。

　　二戰結束前夕，美軍決定對日本進行地毯式轟炸，梁思成與林徽因得知後，專程趕到美軍設在重慶的指揮部，苦勸美軍布朗森上校不要轟炸奈良，因為奈良保存着當時世界最完善的唐代木建築，屬于全人類的文化遺産。

　　其實梁思成和林徽因都恨透了日本鬼子，林徽因的三弟林恒就犧牲在抗日戰場，美軍指揮部最終采納了梁思成的建議。
奈良古建築迄今保存完好，梁思成夫婦則被奈良人稱為“恩人”，并在奈良古城修建了梁思成的銅像，稱贊梁是“世界上最偉大的古建築學家”。

　　抗戰勝利後，梁思成、林徽因夫婦被清華大學建築系聘為教授。

　　八年時光的消磨已經極大地損害了林徽因的健康，其肺病已到晚期，腎髒嚴重感染，1947年10月住進中央醫院，甚至寫信給費慰梅做了最後的道别，病榻上，林徽因托人帶話給張幼儀請求一晤。
張幼儀攜徐志摩之子徐積锴趕往醫院，林徽因仔細地望着張幼儀母子，卻虛弱得什麼話也說不出來。
這次見面所求為何，林徽因沒有說，張幼儀也不知道。

　　張幼儀的自傳中說到此事：“一個朋友來對我說，林徽因在醫院裡，剛熬過肺結核大手術，大概活不久了。
……做啥林徽因要見我？
我要帶着阿歡和孫輩去。
她虛弱得不能說話，隻看着我們，頭擺來擺去，好像打量我，我不曉得她想看什麼。
大概是我不好看，也繃着臉……我想，她此刻要見我一面，是因為她愛徐志摩，也想看一眼他的孩子。
她即使嫁給了粱思成，也一直愛徐志摩。
”

　　更大的可能是，林徽因覺得自己時日不長，達成夙願而已。
這次大病，林徽因還是挺了過來。