设在长沙的临时联合大学由北京大学、清华大学和南开大学三校组成，蒋梦麟与清华大学校长梅贻琦、南开大学校长张伯苓为筹委会常务委员，杨振声为秘书主任，负责办理校址勘定、科系设置、师资招聘、学生接收以及新设备之置设等工作。
在平时主持一个大学都相当难，而在战时主持联合大学更难，尤其是三个个性不同、历史各异的大学共同生活，且三校各有思想不同的教授们，各人有各人的意见。在这种情况下，蒋梦麟一面为战局担忧，一面又为战区里或沦陷区里的亲戚朋友担心，他的身体就有点支持不住了。“头痛”不过是一种比喻的说法，不过胃病的确使他的精神和体力受到很大的影响。胃病发作时，他仍旧打起精神与梅贻琦共同担负起责任，靠许多同仁的共同努力，和衷共济，他们才让这条由混杂水手操纵的危舟度过了惊涛骇浪。
南京沦陷后，日本军队溯江占领了南昌，长沙随之成为日军飞机的轰炸目标之一。从办学条件看，长沙也不是理想之处，于是蒋梦麟飞到武汉想办法。经蒋介石同意，国立长沙临时大学前往昆明，改称“国立西南联合大学”，简称“西南联大”或“联大”。
以学校历史与校长资历论，蒋梦麟应该居于联大的领导地位，但他为了三校的团结与整个中华民族的教育事业，坚决主张不设校长，实行常务委员制，由三校校长蒋梦麟、梅贻琦、张伯苓及秘书主任杨振声组成，共同主持校务。大政方针实行合议制，推梅贻琦为主席，主持学校一切日常行政事务。原定三校校长轮流担任常委会主席，实际常驻昆明掌理校务的仅梅贻琦一人，并一直担任常委会主席。他们三人之间的友谊与团结是西南联大能在困难时期支持下来的根本因素。南开大学校长张伯苓对蒋梦麟说，“我的表你带着”。这是天津俗语“你作我的代表”的意思。蒋梦麟对梅贻琦说，“联大事务还要月涵先生多负责”。因三位校长中以梅贻琦年纪较轻，蒋梦麟常说：“在联大我不管就是管。”这是实话，由此也奠定了三校八年合作的基础。
魂断黄昏恋
蒋梦麟在晚年时迎来了他的最后一次婚姻，这次的妻子是徐贤乐。蒋梦麟对于徐贤乐可以说是一见钟情，而在一开始时，徐贤乐觉得蒋梦麟年纪太大，恐怕性格不合。但蒋梦麟托由媒人向她致意，表达自己意思：他觉得徐女士的家庭身世很好，而且品貌双全，一切太理想了。蒋在写给徐的第一封情书里面就有：“在我见过的一些女士中，你是最使我心动的人……”不久两人就论及婚嫁。
然而，对于这件婚事，蒋梦麟的在北大同学会的师友，几乎都是不赞成的，就连胡适也持反对意见。当时胡适因病住院，他挣扎再三，还是拿起笔，给陷入热恋的好友蒋梦麟写了一封长信，“喋喋不休”地劝他放弃这场热恋。此时的蒋梦麟尽管已75岁，但显然已被爱情冲昏了头，接到胡适的信后，他直接揉碎，扔到垃圾纸篓里。
胡适的强烈反对不是没有道理的，因为蒋梦麟的再婚对象徐贤乐，在婚姻上“斑斑劣迹”。漂亮女人后面总是跟着一大批追求者，徐贤乐也不例外。当然，漂亮女人贪财、视爱情如游戏的毛病，徐贤乐也有。
在认识蒋梦麟之前，徐贤乐曾经是“驻苏大使”杨杰将军的夫人，但是将军夫人的头衔，她只保持了七个月就被扫地出门。为了和她离婚，杨杰不惜花大价钱，可见徐贤乐做人妻做得多么糟糕。
然而此时的蒋梦麟已经被爱情蒙蔽了眼睛，虽然其婚事遭到胡适的极力反对，但是，蒋梦麟还是领着新婚妻子前去拜访他。蒋梦麟对胡适说，徐贤乐是个“贤内助”，“人家说她看上我的钱，其实她的钱比我的多”。此时的胡适自然是不便再多说什么。
俗话说，患难才能见真情。1962年的一次意外，成了蒋梦麟这段婚姻的转折点。这一年，结婚一年多的蒋梦麟赴台中考察，因教师会馆地板打蜡，他不慎摔伤右大腿股骨。
就在蒋梦麟住院期间，徐贤乐照顾得很不耐烦。为了省钱，她让丈夫搬到小病房；丈夫开刀，她也不留院探视照料，而是忙着参加各种舞会；她还对蒋梦麟的女儿拍桌谩骂，搞得蒋家后院苦不堪言。
最让蒋梦麟寒心的是，他发现徐贤乐已经把户口迁出，同时把他名下的全部财产转到她的名下，甚至连蒋梦麟女儿的存款与股票也没有放过……万念俱灰之际，蒋梦麟决定分居，同时，他把保险柜里的存款一律冻结，股票也报失。随后，他又写了一封《分居理由书》，托人转给了徐贤乐。
之后不久，双方就在媒体上打起了笔仗，在接受记者采访时，蒋梦麟说：“我鼓起勇气与徐贤乐女士结婚，希望再有一个幸福的家，来帮助我的事业。到现在一年多我失望了，我受到人所不能忍的痛苦，家是我痛苦的深渊，我深深地后悔没有接受故友胡适先生的忠告，才犯下错误。我愧对故友，也应该有向故友认错的勇气，更要拿出勇气纠正错误。”同时，他还把胡适当年写给他的那封长信交给《中央日报》发表，以示“拿出勇气纠正错误”的决心。
经过几个月的相互指责后，双方对簿公堂。最后，蒋梦麟胜诉，据胡适好友刘真回忆，蒋梦麟胜诉的原因：“因为新婚之夜，徐女士曾一再问及梦麟先生的经济状况，包括动产与不动产等等，梦麟先生便在教师会馆的便条纸上一一开列出来给徐女土看。这张教师会馆的便条纸，梦麟先生一直保留在身边。后来梦麟先生的律师，把这张便条纸拿到法院给法官看，证明徐女士对梦麟先生并没有真正的爱情，否则何以新婚之夜详细查询他的财产，结果法官采信了这件证物，梦麟先生的离婚官司总算打赢了。”
最后，婚是离了，不过这种折腾实在是折寿之举。离婚之后不到5个月，即6月19日，蒋梦麟就不幸去世。
