1935年7月,陈良佐任梧州区民团指挥官,全权负责梧州区苍梧、藤县、平南、桂平、贵县、武宣、岑溪、玉林、陆川、博白、兴业、北流、容县等十四个县的民团训练、管理。1936年6月,反蒋抗日的两广事变爆发。在陈良佐的领导下,梧州市大张旗鼓地开展抗日宣传。
陈良佐在李济深的引导下,开始接触抗日民族统一战线思想,拥护支持中共关于抗日民族统一战线政策主张,他和李济深一样,在思想上真心实意地与中共合作,进行抗日救国运动。这一思想的形成,深深影响了他此后的工作。陈良佐大力支持民族革命同盟梧州市委在梧州开展活动。中共特科负责人宣侠父等人出版《民族战线》月刊,宣传抗日救亡和抗日民族统一战线方针政策,发表李济深、蔡廷锴等爱国将领撰写的主张联合抗日的文章、通电。
为了应对日军的飞机轰炸,1937年7月,梧州防空指挥部成立梧州民众防空委员会,陈良佐兼任梧州防空指挥部指挥官,全市性的防空活动正式开展。陈良佐成立防空情报所,专门搜集空情,并发放疏散警报工作。防空情报所设有电话总机和无线电台,其中一部设在广东高要县,专与梧州保持无线电联系。藤县、苍梧、平南县设防空监视队,在白云山、榜山设防空监视哨,构成梧州的防空监视网。各防空监视队、哨岗一发现敌机活动,马上通过国营邮局电话通报梧州情报所。
在梧州市各主要机关则另架设电话专线与情报所直接联系。空袭紧急警报范围圈以梧州为圆心,以广东德庆县为半径,如日机窜入圈内,则发紧急警报。日机离开警区范围,则发解除警报。梧州民众防空委员会主要组织梧州防护团和各种防空防护机构,发动全市各阶层、各单位和群众共同做好防空工作。梧州防护团成立后,陈良佐首先抓防空洞建设。陈良佐指派梧州防空救护团工务股负责挖洞工作。工务股结合北山、岗岭、河滨、蝶山等处的地形图,共选定26个洞口位置,进行设计后,按洞的布局和结构组织施工。
1938年冬,26个防空洞全部投入使用。有了防空洞,还需要民众具有防空知识,及时逃生。于是,陈良佐又抓起防空宣传教育。1938年3月8日,《梧州民国时报》刊发《防空特刊》专栏,以提高市民的防范意识。陈良佐题字“防空特刊”,刊登在报纸上。防空体系的建立,使得民众有了藏身之地,伤亡得以减少。
在陈良佐的支持下,梧州的抗日宣传活动异常活跃,梧州救国话剧社、驻梧广西学生军、梧州八一三剧团、梧州抗日儿童工作团等社团和组织经常在中山纪念堂演出抗战救亡节目,推动梧州抗日运动蓬勃发展。陈良佐还为中共梧州地下党创办的抗战文化刊物《战报》题写刊名,并拨给经费以作办刊补助。
1938年5月,陈良佐调任桂林民团区指挥官兼行政监督。陈良佐对桂林的民团大力进行整训,使桂林民团很快就恢复了生气。这年8月,民团周刊社出版了陈良佐的专著《抗战与基层建设》,书中论述了他对抗战与基层建设的关系。
陈良佐先后在安徽、广西等地任职民政厅长或代理省主席。他坚决维护国共合作,坚持任用中共地下党员和进步人士担任要职,有力推动了抗日民主力量的发展。
为更好地开展国共联合抗日,陈良佐深入地研究了马列主义,他曾骄傲地对秘书马星云说:“广西将领学习马列主义的仅有两人,白崇禧为对付共产党而学习,我则为拥护共产党而钻研。”尽管受到桂系领导人的诸多责难,陈良佐支持国共联合抗日的政治立场始终没有改变。
1939年9月26日,美国进步作家史沫特莱考察大别山的伤兵难民救济工作和民众动员工作。陈良佐做好接待史沫特莱的工作,并以省“动委会”的名义,召集社会各界为史沫特莱举行盛大的欢迎会,向她介绍了安徽省抗日运动、民众动员、妇女解放等方面取得的成绩。
1942年4月28日,陈良佐出任广西省政府委员兼任广西合山煤矿公司总经理,以确保合山煤矿的正常生产,为广西全省工业交通运行提供足够的煤炭燃料。陈良佐不辞辛劳,决定挑起重建广西合山煤矿这副重担,他按照当时兼任烟煤临时调节委员会主任的李济深指示:“本从救国之心,增加煤炭产量,确保抗战急需。”动员力量扩大产能。在陈良佐的努力下,合山煤矿生产规模、产煤量创新高,有力地支持了前线抗战。
1944年9月,陈良佐代行广西省主席职务。陈良佐以省赈济会主任的名义,拨给昭平县政府20万元赈济款,专门用于解决疏散到昭平的何香凝等一大批进步文化人士的生活困难。陈良佐与李任仁还向在桂东南坚持敌后抗战的李济深资助20万元经费。