当时的上海地下党负责人潘汉年告诉她，考虑到陈波儿知名人士的身份，党组织希望她留在党外，更有利于开展工作。
1937年7月7日，“卢沟桥事变”爆发，日本开始全面侵华。上海的影剧界人士紧急排演了话剧《保卫卢沟桥》，陈波儿、金山、赵丹、金焰、田方、崔嵬、周璇等人都参加了演出，这在中国戏剧史上堪称是“空前绝后”的群英会。
《保卫卢沟桥》是一出三幕话剧，它通过歌颂英勇抗击日寇的卢沟桥守军和人民，号召全国人们团结起来，保卫祖国！
1937年8月13日，话剧《保卫卢沟桥》在上海蓬莱大戏院的演出像前几场一样的爆满，很多观众看着看着就激动地站了起来。
鲁 明（科学电影制片厂原副厂长）
当时许多名人都到了，包括导演团，袁牧之是导演团的成员之一，陈波儿也参加了。
就在舞台上的演员和舞台下的观众一起喊出爱国抗日口号，呐喊出抗日救国决心的时候，日本军队进攻上海的轰炸机在剧场上空轰鸣而过，但人们开始都以为这是为了烘托效果的音响，直到几声爆炸之后，观众才明白过来这是真正的空袭。日本军队对上海发起了进攻，“淞沪会战”打响了。
上海的形势已经越来越险恶，于是陈波儿带着自己5岁的儿子任克和袁牧之、钱筱璋一行4人离开了上海步行到南京，准备从那里去武汉。
在南京，陈波儿实现了自己一直以来的愿望：加入中国共产党。
王永芳（《陈波儿传略》作者）
有一天，陈波儿离开了袁牧之和钱筱璋几个人单独行动，他们也不知道她去哪儿了。实际上她是到南京八路军办事处，去找李克农和叶剑英，履行入党手续去了。
履行完入党手续，陈波儿走出办事处，她再也难以抑制激动心情，在街上买了一瓶酒和一些卤肉，满面春风地回到住处。
王永芳（《陈波儿传略》作者）
回到家以后，她就跟袁牧之、钱筱璋一起庆祝，但是袁牧之和钱筱璋都被蒙在鼓里，他们不知道陈波儿入党的事，因为根据党组织安排，陈波儿一直是一个秘密党员。
随着大批文艺界进步人士陆续地转移到武汉，这里一下子聚集了大批戏剧电影界人士，在武汉，陈波儿和袁牧之再次合作，拍摄了她以演员身份参与制作的最后一部电影《八百壮士》。
电影《八百壮士》取材“淞沪会战”期间中国军队以弱抵强，坚守四行仓库，吸引日军注意，掩护主力部队撤退的真实事件。电影里陈波儿饰演的女童子军杨慧敏渡河送旗那振奋人心的一幕，至今让人难以忘怀。
