七.七”芦沟桥事变，爆发了全民抗日战争。温鸣剑刚好结束学业。惊闻此变，乃喟然而曰：“大丈夫当横刀立马，为国为民效命沙场。”于是回国投奔抗日战场。初任上校旅长，龙衢一仗，杀得日寇大败而逃，初立战功，升任副师长。后又领军在长沙以北，作为武汉保卫战的外围拱卫。再战杀敌遍野，保卫了武汉和长沙以北一带江汉平原，升少将师长兼任战区参谋长。
１９４２年春，中国十万远征军出征缅印，初战失利后又误入野人山而损失官兵大半。１９４２年冬同盟军中国战区参谋长史迪威将军为培训中国远征军及作战方案，指名要求温鸣剑出任中国远征军的副参谋长。于是温鸣剑又出现在印缅战场，重招十万青年。温将军以云南昆明为训练中心，在昆明近郊的黑林铺、干海子、北较场为营地，参照印度蓝伽的训练方法，分步、炮、工、通讯、辎重、参谋、后勤、军医等科目，设专科训练班，每期六周，分批训练。经过大量的组织、人员的补充，轮训，换装，充实装备，约半年时间，新的十万远征军建立起来了。到１９４３年１０月，已完成整训的有１７个师。中国远征军司令官也改由卫立煌、副司令长官黄琪翔出任，另配备炮兵两个团，重迫击炮一个团，高射炮一个团，工兵一个团。各军、师重新整顿装备，全是机械化的美式装备。再由各军、师、旅、团进行全面整合、磨练，已有分散的单兵作战能力，也有整体配合的协同作战能力。又进行了近半年的政治爱国主义、军事知识和纪律的训练，士气大为旺盛，全军面貌焕然一新。加上中国军人吃苦耐劳、爱国爱民的团队精神，中国远征军已成为世界一流的精锐之师。１９４４年４月，远征军开始滇西大反攻，很快收复了腾冲、龙陵，打通了中印公路（后又命名为“史迪威公路”）。收复滇西全境后，１９４４年秋，盟军中国战区司令长官蒋介石要把能将温将军调回国内任青年军２０９师的中将师长，以训练新军，准备大反攻。于是温将军又回到福建，以上杭为中心，招募沦陷区的流亡青年和在校青年学生从军，提出“一寸河山一寸血，十万青年十万军”、“没有国，哪有家！”等响亮口号，吹遍东南沿海和中西部各省区。１９４５年春，２０９师青年军成军之后，立即投入训练。严格的训练，崇高的爱国思想品德教育，为年青一代新军，创建树立了新军风气，新一代青年军人成了精锐之师。而且在中国抗日大反攻中显示了威力，在闽、浙战场上屡立战功。
１９４５年８月１５日日本宣布无条件投降，温将军率领他的２０９师在闽、浙一带协助接收日军投降及遣散日俘、日侨回日，所到之处，秋毫无犯，纪律严明，甚得民望。全国人民期望战后能和平民主建国，在整编复员中，官兵纷纷响应：或凯旋回乡农耕，或回校读书，各谋所就。温将军这时调入国防部四厅任厅长。后又任汤山步兵学校校长。