上海市政府于1937年11月倒台后，戴笠被召到南京。当然，他知道首都不久将陷落于来自东南部的日军。于是他立刻开始准备城市的地下工作。想到战事爆发后在上海设立军事情报网所遇到的种种艰难，戴笠把南京指定为特区，由他最信任的一个部下钱新民任区长。他告诉蒋介石，钱担任这个关键职务完全可靠。他还设立了两个秘密电台，由女报务员主持，准备在南京被敌军占领以后潜伏下来。
南京沦陷以后，作为二局头子的戴笠在全国军事情报收集方面变得日益重要。在那以前，戴笠办公室的使命是所谓的“军事静态调查”。在实际工作中，它被分为两部分活动：由一组外勤特工进行“搜集”活动；而由二局的另一组人员对前者的情报进行“查证”。
搜集情报通常是由有军职的特工们负责。他们的责任有两重性：实地搜集关于共产党的情报，并汇报他们自己所属的军事单位的情况。关于共产党的报告被送到戴笠的办公处（先在武汉，后移至重庆），然后经分类后再发送到复兴社地方网络或其他军事机构中的特工去证实，以便采取行动。关于各个军事力量的报告包括了当地的“保安团”、该军事实体的战斗力（马匹数量、武器量、人员的体质状况）、士兵的政治背景和道德质量（是否吃喝嫖赌等），以及官员们的“思想状况”。这些报告送到内勤人员那里，他们有规律地跟踪观察这些具体单位在战时与和平时期的能力。尽管前一种报告被认为比后一种报告更紧急，但二者被指定用同等速度发送。因此，戴笠的特工系统在通讯的清晰有效方面保持了应得的声誉。二局的官员们夸耀说，在外勤特工与戴笠的总部间接收和转发信息的速度上，没有任何一个军事单位能够与他们相比。
战争爆发后，戴笠在此基础上又增加了一个重点：向蒋介石提供军事动向及国民党将军们的活动。为此，他建立了一些“战地调查组”，将它们派到江湾、罗店、浏河、杨行等地。每组至少有一个以大队部政治官员作掩护的头目、一个配有小型无线电收发报机的报务员、一个密码员、一个内务人员，他们都是来自特务处总部的正规特工。若有需要，也会通过“毕业生调查处”从受过中央军事学校训练的无业军官中增派人员。只要有需要调查和汇报的战役，他们便奉命前往。由于这些人的军事背景，他们能够有效地与前线的军事人员联络。战地调查组还负责对军人的监视任务。
蒋介石把戴笠的日常战地报告视为他所得到的关于前线最可靠的情报。但他对戴笠也许信错了。虽然戴笠每晚都派信使坐火车去南京送报告，供蒋介石每早审阅，但情报本身并不见得来自第一手观察。战地调查组的人员，甚至组长们，只是在“营部”层次上受欢迎，但不允许到前线连排的阵地中去。担任罗店和浏河战地调查组头目的沈醉，好几次要去前线观察，都被一位旅长阻挡，因为那旅长要向南京隐瞒无法收复被日军攻陷的一块阵地的实情。
只是在整个战线崩溃后，沈醉从对其他官员的采访报告中，才逐一将失败的原因比较准确地勾画出来。
随着敌人渐渐逼近南京，戴笠迁到了汉口。他的情报机关设在前日本租界南小路的一个小学校里。他会偶然去湖南、贵州或重庆，但总是尽快回来审阅特工们送来的报告，并尽力确保他对战时不断发展的间谍网的控制。就是在汉口法租界的住宅里，他获悉了南京大屠杀的详情。他还得知了南京特区区长钱新民投靠日本人的消息，听到这个消息时，戴笠又震惊又恼怒。
早在日本人包围南京以前，钱新民便把特区总部迁到了河对岸的浏河。南京一陷落，钱新民便携带“首都”特区秘密特工的名单投奔了日本秘密特务机关（tokumu kikan），并帮助日本人到处逮捕军统特工。只几天工夫，戴笠在沦陷城市内开展地下情报活动的成果便被破坏殆尽。南京的网络被钱新民彻底暴露了，因此戴笠责备自己是个“瞎子，看不见这个人的真相”。这位秘密特务头子再一次为使总司令失望而感到万分沮丧，他对最早向他报告钱新民投敌的沈醉说，他因为担保了一个“完全没有良心的人”而在蒋介石面前丢尽了面子。
南京沦陷后，在国民党内部发生了一次大改组。1938年2月4日，蒋介石成立了一个“党员监察网”来“检查党员们是否真正在做布置给他们的工作”。据陈立夫回忆，“蒋先生觉得党员们没什么用。共产党员起着决定性的作用，但我们的党员没有。他们对执行命令粗枝大叶而且松弛散漫。蒋先生觉得有必要检查他们，督促他们。”与此同时，随着越来越多的军人入党，而且省政府主席们也当了中央执行委员会成员，国民党被置于一种战备状态。1938年3月至4月，在武昌珞珈山召开的国民党临时全国代表大会上，蒋介石以全票当选为党的“总裁”，而治安工作的重要性也得到加强。