1935年9月，孟继炎经人介绍进入南京国民政府兵工署技术司炮兵科任技术员，后迁往汉口、重庆，任炮兵科技术研究处技术员。1938年至1940年曾奉命去匈牙利实习考察火炮军械技术。回国后，先后在重庆兵工署、沈阳兵工署、上海兵工署从事技术工作。后来担任上海兵工署第六十一厂任副厂长期间，孟继炎看到中国人民浴血奋战取得抗日战争的最后胜利，可是南京国民政府却在美帝国主义支持下挑起了内战。此时孟继炎对南京国民政府的幻想在事实面前彻底破灭了。他毅然拒绝随南京国民政府撤往台湾，并加入护厂行列。1949年3月，孟继炎脱离了兵工署，转至上海通用机器厂（现上海汽轮机厂）任总工程师。