胡兰畦率服务团在各战区进行宣传教育工作和战地救护工作。在松沪抗战中，每天都有一些英勇杀敌的动人故事。东林寺是敌我双方争夺的制高点，我方一个排守卫在这里。在敌人的轮番进攻下，我方士兵大多伤亡，只剩下排长胡玉政和班长潘玉林两个人了。
最后敌人冲进庙里来了，胡玉政的子弹也用完了。在这千钧一发之际，胡玉政抓起一把铁锹，对着一个敌军官的脑袋，用力猛砍，敌军官立即倒地。敌军官一倒，其余日寇吓得回头就跑。班长潘玉林从后边连发几枪，又打死了几个敌兵。就这样，他们打退了敌人的又一次猛攻，坚守住了东林寺阵地。胡兰畦将这个英勇杀敌的故事加工编写成京剧《大战东林寺》，在前线慰问演出，产生了很好的效果。
1937年11月，上海沦陷，服务团随军撤离上海，其后辗转于八个省的抗日前线从事抗战宣传，为抗战做出了卓越的贡献。1938年初，服务团来到南昌。此时，项英、陈毅等新四军领导人在南昌组建新四军。党组织决定在服务团中建立一个党支部，原来的9个共青团员全部转为共产党员，支部由陈毅直接领导，不与地方党发生关系。
大革命失败后，胡兰畦与陈毅已经有十年没有见面了。久别重逢，彼此喜悦之情难以言表。胡兰畦讲述了这些年的经历，也提到了与陈梦云离婚的情况。为了解决胡兰畦的党籍问题，陈毅给邓颖超和蔡畅写了一封信。到达武汉后，邓颖超把陈毅的信转给了中共中央长江局书记王明。王明很快召见了胡兰畦。
王明说：“陈毅的信我看了，我们研究了一下，决定让你继续在外面活动，不要发生横的联系，以后就与我直接联系。”胡兰畦问自己的党籍问题怎么解决，王明说：“中国共产党没有发党证，你的党组织关系就是与我直线联系。”终于接上了党的关系，胡兰畦很高兴。但是后来王明受到批判，胡兰畦的党籍问题还是没有解决。
1939年夏，胡兰畦来到陪都重庆。不久，蒋介石给胡兰畦发了一个委任状，任命她为国民政府军委会战地党政委员会少将指导员，并派她到第三、六、九战区工作。她利用这个特殊身份，为党做了许多有益的工作。
在离开新四军后，胡兰畦一直关注着陈毅的安危。1947年6月，国民党的报纸用触目惊心的大幅标题刊登“陈毅阵亡”、“陈毅毙命”，还用大幅版面详细描述“陈毅追悼会”的经过。胡兰畦得知后十分伤感，后来她又接到陈毅父母来信询问，便决心赡养二老，把成都东门外的一处果园、田地、房屋，全部给二老作养老之用。
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