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戴立信在育英中学的快乐时光不到一年就被迫中断。
当时的中国，风雨如磐，寇患日深。尤其是华北，形势日益危急。守卫华北的二十九路军宋哲元部，身背大刀巡逻北平街头。1937年7月7日，七七事变爆发。抗日战争也随即全面爆发，北平局势进一步恶化，弦歌之地不复书声琅琅，到处炮声隆隆，真正到了“华北之大已经安放不得一张平静的书桌”的时刻。至此，戴立信只能随父母经青岛逃难至上海祖父家。只是此时的上海也不是太平之地，1937年8月，日军便以租界和停泊在黄浦江中的日舰为基地，对上海发动了大规模进攻。上海的中国驻军奋起抵抗，在上海和全国人民的支持下，开始了历时三个月之久的淞沪抗战。不久后，戴立信祖父所创立的企业就被日军炮火所毁，最后连住所也一直被炮火声包围，祖父和祖母因年老体弱，不堪惊扰而相继去世。国仇家恨，在尚未成年的戴立信心中留下了终生难忘的回忆，他深刻体会到，一个强大的国家对于国民的安居乐业是多么重要。抗日、救亡、不做亡国奴的思想长植于心，强国梦也油然而生，也成为他在日后始终把国家利益摆在第一位的重要动力。
1937年9月，戴立信一家总算基本安顿下来，戴立信开始进入省立上海中学就读。该校始创于清朝同治四年，原名龙门书院，1927年改名江苏省立上海中学（1950年改为上海市上海中学）在打浦桥一带。
当时它属于江苏省教育厅管辖，但又始终设在上海市内，在隶属关系上依然保持着和江苏省的关系，因而它在旧上海许多中学里，不但和各类私立中学不同，而且也和各类公立中学有别。在省立上海中学读书期间，戴立信年龄较小，还不够成熟，不太能够抵御大千世界的诱惑，所以学习上不太用功。他当时比较贪玩，再加上祖父家距离学校较远，所以经常在上学途中改变主意，就近跑到附近的电影院去看电影。除此之外，省立上海中学的校歌给戴立信留下了深刻印象，歌词是“龙门发轫进无疆，一柱中流海上！矫首太平洋，国族艰难，舍我谁安攘？抚淞沪战创，勘不平约章，涌上心头热血潮千丈！何日扬国威？主权张，英才旺，毋负甄陶教泽长。勇往，上中青年勇往！重光，炎黄神胄重光！”整首校歌体现了一种慷慨激昂的爱国热情，号召同学们拒绝做亡国奴，勇敢地起来与日寇做斗争，争取国家和民族的振兴。学校里这种氛围深深地影响了戴立信，再加上从北京到上海的逃难经历，都激发和培养了他的爱国热情。
1938年9月，戴立信转入上海金科中学。上海金科中学是美国天主教会在上海创办的一所著名教会中学，由中国知名企业家、慈善家和天主教人士陆伯鸿发起倡议，并亲赴罗马请示，获得设立学校的批准。金科中学原名公萨格公学，校址在霞飞路汶林路（今淮海路宛平路），第一期学生44人，半数为中国人。后因校舍过小，发展甚难，于1933年9月迁至胶州路734号，全校面积为九亩余。1936年春正式更名为金科中学，是年秋，学校由四年制改为初高中三三制，全校学生260余人。上海金科中学是上海一所天主教会中学，戴立信在进入金科中学后，接受了身着黑袍神甫们的严格住校教育，学习和生活都开始规范起来，不再随意浪费来之不易的学习时光，学习上投入了更多的精力，努力学习各门课程并期待佳绩。
一年之后，戴立信再度转学，进入上海三育中学就读高中。正是在这所中学，戴立信对有机化学产生了浓厚兴趣，因为他遇到了一位姓桂的化学老师。桂老师毕业于交通大学化学系，毕业后也在交通大学任教。桂老师的课上得生动有趣，深入浅出。虽然还是在高中阶段，但桂老师经常在课程中讲授一些有关有机化学的内容，深受学生欢迎。戴立信特别喜欢上桂老师的化学课，课后还经常去桂老师家里玩，结下了深厚的师生情谊。这种课堂内外的良好交流，对戴立信学习化学起到了很好的启蒙教育作用，也为他日后选择有机化学这个研究方向奠定了基础：
我在三育中学才开始比较深的接触到化学。桂老师上课很有趣，讲的都是很贴近生活中的一些化学，是实实在在的，这让我对化学产生了浓厚兴趣。在高中阶段，有机化学一般讲授得比较少，而在桂老师的课程当中，有机化学讲得却很多，那时候他讲醇类，讲酸类，这些知识都已提及。于是，我对有机化学有了初步印象。后来报考沪江大学化学系，就是因为桂老师的关系。
逃离北京避难上海后，尽管戴立信大部分时间都是在学校中度过的，但也深切地感受国破家亡的痛苦。特别是一次亲身挨打的经历，更加深了他的这种感觉。抗战期间，当时在上海法租界，一支由中国人组成的足球队与一支外国足球队举行了一场足球比赛，结果在当值裁判不公正的判罚下，中国足球队最后输了这场比赛。在场的中国观众很不服气，要找裁判讨个说法。结果，法国巡捕毫不讲理地拿起棍棒四处赶人，当时在场的戴立信也挨了一棒，打在身上，疼在心里，深深感到国家强大的重要性。在三育中学读书期间，戴立信发现身边已经出现了好几位进步同学，他们虽然年龄不大，但都是忧国忧民的热血青年，整天都在讨论抗日救亡运动，并且组织同学在校内演出一些抗日小话剧。毕业之后，这几位同学相约去了苏北抗日根据地。实际上，这些同学家里经济状况普遍不错，但为了国家和民族大业，他们毅然放弃了相对优越的生活环境，不顾个人安危，投身于抗日救亡运动中。这些同学的行为对戴立信的触动非常大，也让他更加关切国家和民族的命运，并且开始意识到“自己当天下的主人”是何等重要。