1937年7月，抗战全面爆，梁思成和林徽因在山西五台山现了我国最古老的一座木结构建筑——建于唐代的佛光寺大殿，可战乱不容许他们继续考证了。夫妇二人迅速回京，几经辗转全家逃难到了昆明。
在逃难的过程中，林徽因饱受折磨，她曾写道：我们在令人绝望的情况下又重新上路。每天凌晨一点，摸黑抢着把我们少得可怜的行李和我们自己塞进长途车，这是没有窗子、没有点火器、样样都没有的玩意儿，喘着粗气、摇摇晃晃、连一段平路都爬不动，更不用说又陡又险的山路了……不过梁思成、林徽因夫妇一直很乐观，当时有不少学者取道广州去了香港，他们却坚持留在西南。到云南后，林徽因还为云南大学设计了具有民族风格的女生宿舍。
1940年，她随梁思成的工作单位中央研究院迁到四川宜宾附近的李庄。
当时的撤退十分慌乱，梁思成在行前突高烧，只得暂时留下休养。林徽因独自带着两个孩子和母亲，乘坐一辆客车出。林徽因事后对费慰梅提起，她们所乘的那辆特殊的客车里面装载了30多人，人多物杂，车厢拥挤不堪，每个人只好采取“骑马蹲裆式”，把两脚叉开坐在行李卷上，尽量缩小占有空间，随着车的颠簸动荡苦熬时日。
据梁从诫先生回忆：“到威宁县城，天已全黑，而车子在离城门几里处突然抛锚。人们既不能卸下行李掮进城，又怕行李留在车里被人抢劫，最后只好全车人留在卡车里过夜。而我又偏偏起高烧，妈妈只好自己拖着一家人进城为我找医生。次晨听说，夜里狼群竟围着车厢嗥了半宿。”
很难想象身体瘦弱、外表文静的林徽因竟如此勇敢。
在李庄，梁思成一家住的是低矮破旧的农舍，大西南物资贫乏，加上长期颠沛流离，林徽因经常生病，限于医疗条件，梁思成学会了注射，为妻子打针服药，身体稍微恢复，林徽因便“在菜籽油灯的微光下，缝着孩子的布鞋，买便宜的粗食回家煮”。