1931年底，朱家驊就任教育部長。當時外患日盛，內(nèi)戰(zhàn)不斷，國弱民窮，辦教育談何容易！朱一上任，就成立“國立編譯館”，組織翻譯各國名著，接下來又辦“國立圖書館”、“國立中央博物館”。朱家驊非常注重教育改革，努力促進中國教育制度現(xiàn)代化。可以說，在那個時代，在促進當時中國文化教育方面所做出的貢獻，無人能出其右！

1932年元旦，朱家驊任考試院副院長，10月底又任交通部長，同時兼教育部長，12月又兼中國航空公司董事長。朱不僅成功地整頓了巨額虧空的債務，而且大大地改善了中國的交通和通訊設施，包括民用航空、航運、電訊等，他還推進了郵政和郵政儲蓄制度的現(xiàn)代化。

在抗戰(zhàn)全面爆發(fā)前，朱家驊所做的兩件事對后來抗日軍事上有重大的作用：其一是粵漢鐵路的完成，而且是提前完成。我國那時輸入軍用及民用物資的重要海港在東北和東南，一旦開戰(zhàn)，這些港口就在日軍的控制之下，唯一在南方有掩護的海港，不是未曾建設的珠江出口，而是九龍，因為有英國及香港的掩護。這就需要粵漢鐵路發(fā)揮作用。但在九一八事變發(fā)生時，粵漢鐵路的中段，尤其是最難打通的樂昌一帶的山區(qū)，尚未打通，不能接軌。這樣，從國外購的軍火與物資，毫無辦法運到武漢及西南大后方。所以要盡快完成這條輸血管。當時朱家驊以中英庚款董事會董事長的身份，隨時優(yōu)先撥款，鐵道部長顧孟余充分予以人事調(diào)度及主辦人職權上的便利，工程人員也以艱苦卓絕的苦干加巧干的精神，把原以為須四年方可完成的工程，硬是兩年半就打通了。其后抗日戰(zhàn)爭全面爆發(fā)，南京失守后，武漢尚未支持一年，而西南、西北大后方也趨于穩(wěn)定，真可謂適逢其時。其二，九省電話網(wǎng)的建立，對后來抗戰(zhàn)時期軍隊指揮上的作用太大了，在軍事上更可稱得上是神經(jīng)系統(tǒng)！這兩項建設都是在抗戰(zhàn)全面爆發(fā)前完成的，對于中國后來堅持長期抗戰(zhàn)起了極其重要的作用。

1933年5月4日，“中德學會”在北平成立，朱家驊為董事。當時美國奉行孤立主義的政策，對中國抗日援助有限，英法都自身難保，倒是德國給了中國相當軍事援助。這其中朱家驊起了極其重要的作用。他利用當年留學德國及其后來建立起的關系，大力進行外交宣傳。其一，聘請一大批德國的軍事顧問。在朱的努力之下，德國軍事顧問在中國工作達十年之久，為蔣介石剿共、抗日立下了汗馬功勞。其二，爭取德國的合作與援助。1926—1944年，幾乎所有的中德條約都經(jīng)朱家驊之手。其三，幫助從德國購買武器彈藥。八一三淞滬會戰(zhàn)時，蔣介石中央軍所配備的武器裝備就是朱家驊所購。日本對此非常惱火，不斷向德國施壓。

1937年9月，朱家驊又介紹蔣緯國到德國學習軍事。

1936年底，蔣介石調(diào)朱家驊為浙江省政府主席。此時43歲的朱家驊一到任，就大刀闊斧地整頓政務、裁減冗吏，懲罰貪污、清理財政、強化治安。可是當他勉強把衙門架子擺好，還沒有來得及大有可為時，1937年七七盧溝橋事變發(fā)生，8月13日日軍進攻上海，日寇鐵蹄迅速逼近浙境，吳山越境頓成烽火前線。朱家驊在省政府的日常事務，再也不是“籌措建設”、“拓展實業(yè)”，而是應付一連串戰(zhàn)時突發(fā)事件。

11月26日，朱接到讓他調(diào)至武漢的電令，12月9日，朱交卸省主席職務，行前特地將杭州市長周象賢、省警察局長趙文龍、保安處長宣鐵吾等召至住處，告知：“外面焦土抗戰(zhàn)風氣很盛，一旦杭州撤退時，你們一定要防止。”在眾多軍政人員的努力下，最終保住了杭州這座千年古城。

朱家驊卸任浙江省主席后去武漢，任中訓團委員會委員，不久遷入重慶，1938年3月，被蔣介石任命為國民政府軍事委員會參事室主任，為最高統(tǒng)帥部抗戰(zhàn)出謀劃策。4月，改任國民黨中央執(zhí)行委員會秘書長，同時兼黨務委員會主任委員，并按中常委決定兼任中央調(diào)查統(tǒng)計局局長。而且蔣介石依戴季陶的策略，將秘書處提高一級，居中央各部長之上，地位僅次于總裁、副總裁，成為第三把手。朱家驊在工作上又大包大攬，讓汪精衛(wèi)無法插足。

1938年7月，三民主義青年團在武漢成立，朱家驊為干事會常務干事，不僅兼任中央團部書記長，并主持中央訓練團黨政訓練班第一、二、三期工作。1939年12月，朱又出任國民黨中央組織部長，主管國民黨黨務。

在嚴酷的戰(zhàn)爭環(huán)境之中，朱家驊雖身居要害，但時刻不忘文化教育事業(yè)的發(fā)展。

抗戰(zhàn)初期，朱家驊得知南京朝天宮內(nèi)存放著一萬多箱從北京故宮搶運出來的文物，而南京就要失守，但這些文物卻沒有經(jīng)費轉移，于是他請求蔣介石嚴令南京衛(wèi)戍司令要保住這批國寶，由他通過中英庚款董事會出錢作運費，讓交通部撥輪船搶運，結果，這批國寶被運到貴州；后來國共內(nèi)戰(zhàn)后期，朱又將它們轉運到臺灣。1943年，朱家驊得知在敦煌千佛洞臨摹壁畫的畫家中，有人在偷畫，有人為了自己方便而毀畫，于是親自過問，保全了這些稀世奇珍，使得我們今天還能看到它們。

1945年5月，國民黨召開六大，朱家驊任中央執(zhí)行委員，并任常委，7月重任教育部長。朱家驊作為一個學者而步入國民黨統(tǒng)治的高層，在戰(zhàn)亂不斷的動蕩歲月時刻關注文化教育事業(yè)的發(fā)展，而他又深受蔡元培的影響，雖居高層而又盡量維護知識界的“學術自由”，對知識界各類人才極盡謙恭，在其危難之時施以援手，朱也因而在知識界享有極高的聲望，而蔣介石也想通過他取得知識界對國民黨統(tǒng)治的好感，這也就決定了朱與蔣之間在對待知識界的問題上不可避免的矛盾。