抗日战争爆发后，上海、广州、香港等沿海重要口岸相继沦陷，过去不受国民党政府重视的滇越铁路，便成为当时唯一与世界反法西斯同盟国相联系的铁路国际运输线。国民政府根据《中法会订云南铁路章程》"万一中国遇有战事，该铁路悉听中国调度"的规定，任命原北宁铁路局局长沈昌为少将司令，负责滇越铁路的军运工作。
当时，大量的公私物资涌入越南海防港，码头仓库，货物充塞，马路上机器材料堆积如山，有的船只不得卸货，只能停滞江心。滇越铁路作为运输物资的重要通道，投机商贾和不法官吏趁机贿赂、购买运货车皮，大发国难财。迫于形势紧急，蒋介石任命宋子良亲赴河内主持工作，规定所有待运物资实行统一支配，军火物资、兵工机器、五金材料优先起运。苏联等国支援我国的战车、战防炮、弹药等军火物资都是通过滇越铁路直运昆明。1938年，国民政府决定在昆明建立4个兵工厂，1000余部重要机器，也是通过滇越铁路运至昆明，使新建的兵工厂得以及时开工，制造出一批批杀敌的枪炮和弹药。
滇越铁路作为国际援华物资的重要交通线，自然被日军视为眼中钉，遂凭借空中优势，对滇越铁路实施狂轰滥炸，企图切断这一国际通道。仅从1939年12月至1940年8月，在不到一年的时间里，日军就先后派出飞机625架次，炸毁沿线站房、水塔、宿舍、钢轨无数，铁路工人和沿线居民死伤惨重，仅日军对芷村机务部段的轰炸就造成了200多人的伤亡。但是，面对日军的猖狂轰炸，广大铁路工人置生死于不顾，始终坚守在各自的岗位上，积极抢运抗日物资。1940年1月5日，小龙潭大桥被日机炸毁，铁路工人立即投入抢修工作，附近农民闻讯后，也自带干粮、自带工具，加入抢修队伍。经过10多个日日夜夜的奋战，全面修复了小龙潭大桥，源源不断的抗日物资通过大桥，运往抗日前线。
自抗日战争打响后，滇越铁路一改夜间不行车的旧习，日夜加开列车抢运抗日物资，虽经常受到日机的袭击，但货运量比通车时增长了3倍。随着内地机关、企业、学校的大批内迁，客运量也剧增，仅1939年的客运量就达到454万人，为通车时的15倍。
为�；ぷ≌庖还释ǖ�，时任云南省政府主席的龙云命令高射炮兵大队开赴防地，担负滇越铁路重要桥梁和隧道的防空任务。临行前，龙云专门交待防空部队：决不能使"人字桥"遭到破坏，否则要想在短期内修复是不可能的。为此，防守该桥部队的高射机枪也由七厘米九全部更换为性能更好的十三厘米二高射机枪，全部配置在人字桥两端的高山顶上。由于人字桥位于两山绝壁之间，加之防空部队配备的猛烈炮火，使日机不敢过低俯冲，尽管先后投弹700余枚，将人字桥四周炸得草木尽飞，但硝烟散尽，人字桥仍奇迹般地傲立于绝壁之上。
在无数护桥之战中要数白寨大桥之战最为惨烈。白寨大桥是滇越铁路跨度最长的铁桥，由8个钢塔桥墩连成的大桥，就象一座拦河大坝雄踞于山谷之中。1940年3月1日，36架日机组成的庞大编队，呼啸着向白寨大桥扑来。而此时此刻，由河口开往昆明的旅客列车正在通过大桥，火车司机开足马力，想冲过大桥进入隧道，防空官兵也向敌机猛烈开火。日机立即散开队形，分别对火车和防空阵地进行轰炸。就在火车即将冲入隧道时，敌机投下的炸弹击中机车，在一片火光之中，血肉横飞，惨不忍睹，当场死伤200多人，其中法国、越南旅客30多人。我防空官兵有3人被炸死、3人重伤，排长王立成移开牺牲士兵遗体，继续向敌机射击，也被炸伤。此次轰炸，我军民付出惨重代价，幸亏白寨大桥仅受轻伤，经及时抢修，当夜即恢复通车。为加强白寨大桥的防空力量，国民党中央专门派来了一个高射机关炮连。此后，我守桥官兵先后7次打退日机共220架次的突袭轰炸，确保了白寨大桥的安全畅通。
1940年9月23日，日军占领越南海防港，并向河内、谅山等地推进，企图沿滇越铁路进犯昆明，以动摇和摧毁我抗战大后方。因此，蒋介石命令炸毁河口中越铁路大桥，拆除碧色寨至河口间170多公里的铁路。碧色寨至昆明的铁路仍保持畅通，以便于军需品和兵员的运输。与此同时，卢汉将军的第一集团军沿滇越铁路地形险要之处，构筑了4道防线，严阵以待。日军看到滇南到处是崇山峻岭，而道路又被彻底破坏，不得不知难而退，将主力转到缅甸方向，改向我滇西进攻。
日本投降后，1946年2月28日，中法两国在重庆会谈，国民政府外交部长王世杰与法国驻华大使梅里霭签订《中法协定》，其中明确指出滇越铁路滇段路权正式回归中国。(马永鸿、屈明光)
