抗战胜利后，学校即酝酿、部署返归上海的复员工作。国民政府和教育部当局一度有意将同济大学留在四川，迫于全校师生坚决不愿留川的态度，遂作罢。蒋介石到宜宾巡视时，见到同济校长徐诵明，面询可否将学校留在四川重庆续办，徐诵明告以师生员工盼望回沪的心情，表示无法从命。1945年10月23日，学校成立迁校委员会，谋划迁返上海的工作。1946年年初，学校派理学院院长顾葆常、医学院院长江鸿、工学院教授蒋益生先期回沪接收校舍。2月14日，徐诵明校长飞抵上海，落实迁校事宣。但是，由于国民政府一心到各地接收抗战果实，漠视教育事业，加之学校经费困难，复员工作历时一年多。1946年1月，在重庆民生轮船公司学习的造船系五年级学生，首批启程东返。4月中旬，学校在李庄、宜宾两地结束学年课程，从4月23日起，师生员工分批经水、陆两路迁往上海。1947年3月17日，满载各类物资的重庆同济轮船公司所属“同乐号”轮船，在长江触礁沉没，损失车床、药品、书籍、生物标本、电器材料和私人行李等各类物资165吨。1946年6月1日，校长徐诵明到沪办公。四川校务委托谢苍璃代理。9月10日至12日，同济大学在上海招收新生报名，9月21、22日举行笔试。学生投考十分踊跃，招生数逐年上升。12月1日，1946学年度开学。但由于搬迁、接收工作进展迟缓，直到1947年2月才正式授课。学校继续着力解决校舍问题。经四出联系求助，终于落实了原德国医学院（善钟路，今常熟路）、原工部局西童学校（今北四川路）、原日本中学和日本第七国民学校（均在其美路，今四平路）、日本小学（今平昌街）、魏德迈路（今邯郸路）、原江湾博物馆和飞行馆（今长海路）、江湾图书馆（今黑山路）等处校舍。同时，学校还租赁数处房屋作为教职员宿舍。同济成为一所斜跨上海市区，分散在十多处的大学。6月4日，校长徐诵明致电教育部和外交部，请求暂免遣送同济聘用的14名德籍教授。后经外交部核准，同意缓遣。6月25日，行政院调徐诵明到东北工作。此后至上海解放，先后有董洗凡（1946.6—1947.9）、丁文渊（1947.9—1948.12）、夏坚白（1948.12—1949.5）任校长。董洗凡同济医科毕业，后赴德改学政治经济学，获德国国家文凭，曾任北平辅仁大学教授、文学院院长；夏坚白留学英、德，先后获英国伦敦皇家科技学院工程师文凭、德国特许工程师文凭和工学博士学位，曾任同济大学教授、教务长、陆地测量学校教育处长。董洗凡上任后，即派顾葆常、郑寿麟去四川李庄与谢苍璃一起安排迁校事宜。回到上海后，办学条件比四川李庄要好得多。因此，在这一时期，尽管困难重重，学校还是得到了较快地恢复和一定的发展。为了解决师资问题，董校长借抗战胜利、百废待兴的大好时机，聘请许多知名学者，到校执教或担任院、系领导。如法学院院长胡元义，工学院土木系主任李国豪，医学院外科主任梁舒文，眼科主任陈任，文理学院哲学系主任郑寿麟，中文系主任郭绍虞，外文系主任陈铨，以及医学界教授裘法祖、过晋源、杨一之等；造船界名流杨俊生、朱淑沂等。当时，同济汇集一大批国内外知名的专家、学者。回沪不久，学校买进爱工二厂的全部机器，并争得了教育部拨给的日本赔偿的若干机器和联合国救济总署赠送的机床，使学校的实习工厂的各类机器增加到近100部。同时，学校通过购买和接受教育部的分配，使校图书馆藏书从1946年6月的24820册增加到1947年11月的98000余册。此时，一些院系的教学设备有了较快地恢复。测量工程系一到上海就立即恢复了测量馆，机械工程系建起了材料试验馆和机械试验馆，添置了当时第一流的平面分析器、持久试验机、摆动打击机、罗克氏硬度测验器和水泥硬度试验机等仪器。电机工程系在搬迁途中，电机、电磁及电讯设备损失最为惨重，经师生共同努力也建立了强电馆和弱电馆。学校还积极筹划成立解剖学研究所、生理学研究所、生理化学研究所、病理学研究所和公共卫生教学实验区、水工土试验室、力学模型实验室、测量馆、机械试验馆。同济大学复员返沪后，对中美医院（抗战胜利后，中美合作所将美国海军在日本冲绳岛所设的海军医院的600张病床的全部医疗转移到上海，向市政府征借宝隆医院院址办医院，命名为中美医院）侵占宝隆医院（白克路，今凤阳路）的行为向法院提出起诉，认为宝隆医院在抗战前系同济大学医学院后期教学基地和实习医院，德国投降后，宝隆医院理应归属同济大学。后经教育部长朱家骅向蒋介石面陈此事，才确认：“该宝隆医院原址系同济大学的实习医院……该项房屋应交还同济大学”。同济大学与中美合作所达成协议，在移交房屋的同时无偿移交300张床的全套设施，医院院名仍沿用“中美医院”。1946年11月28日，同济大学正式接收中美医院。从此，同济大学有了自己管理的附属医院。1947年，学校聘上海国防医学院附属陆军总医院副院长林竟成任中美医院院长。随后，林竟成又聘请了在国防医学院任职的陶恒乐、屠开元、张涤生、叶天星、王辨明、蔡宏道、林寿梧等正、副教授来院兼职，打破医学上德日派和英美派的界线，建立雄厚的技术队伍。当年，中美医院有240多张床位，有内、外、儿、肺、牙、皮花、矫外、泌尿、妇、产、眼、耳鼻喉等12科。在很短的时间内，同济大学附属中美医院已成为上海屈指可数的著名医院。原医学院院长柏德所办的德国医学院附属医院成为同济医学院附属中美医院分院，地址在同孚路(现石门一路)82号，内设妇产科，有病床45张。学校还与上海市卫生局合办市立第二传染病院，实际上由同济负责，是中美医院内科的一部分，病床80张，供传染病学教学实习之用。丁文渊任校长后，聘请微生物学专家谢毓晋为医学院院长。谢聘请了留学回国的裘法祖、过晋源教授，还聘请了王宝楹、金问淇、孙继中、宋名通、胡光熙等教授参加医院工作。同时，谢毓晋接任后，励精图治，积极整顿，在经费困难的情况之下，很快成立了解剖、生理、生化和病理4个研究所，与市卫生局合办市立第二传染医院，与市立第二医院、公济医院、市立第六医院签约供学生实习，解决了医学生的实习问题；还在善钟路添盖了一些宿舍，使寄住理学院、工学院的一、二年级学生也搬了回来。学科有所发展。1946年8月，学校将理学院扩充为文理学院，并增设了哲学系、外国语文学（德国文学）系和中国文学系。1947年8月，工学院成立大地测量研究所。1948年6月，学校将文理学院分为文学院和理学院。7月，文学院增设历史学系。8月，生物系分为动物系和植物系；同月，细菌研究所登报招收研究生。法学院原有法律系分司法、行政法两组，1947年7月增设理论法学组和国际公法组。各院系学术活动比较活跃，教授们研究专业，著书立说。医学院姚永政教授所著的《人体寄生虫学》被列为全国用书，谢毓晋、裘法祖、过晋源教授创办的《大众医学》，深受读者欢迎。工学院叶雪安、吴之翰、金经昌、李国豪等教授撰写学术报告，在校内外交流。1948年，联合国教科文组织的有关人员来同济工学院进行访问与交流；同时，工学院也派出人员去国外进行科学研究和学术交流。当时，教授们纷纷演讲。除本校教授外，还邀请外校及路经上海的名家开设讲座。如化学界有张辅忠、黄有识，文艺界有田汉、茅盾、马宗融、洪深、臧克家，教育界有马寅初，生物界有王志稼。1948年8月，同济大学有医、工、理、法、文5个学院，16个系，9个附属单位。同济已初具综合性大学的规模。医学院、工学院分别成为医生、工程师的摇篮，医学院还有“北有协和，南有同济”的美誉。同济大学全部迁回上海之际，正是国民党反动派撕毁《双十协定》，发动全面内战之际，在两种命运、两个前途决战的关键时刻，中国共产党领导下的同济学生运动和教工革命斗争不断地向纵深发展。12月24日，北平发生了美国士兵强奸北大女生的暴行。北平学生掀起了“抗暴”运动。消息传到同济，抗议的怒火立即在校园里燃烧起来。在全校女学生的带动和感召下，各学院纷纷贴出了抗议书。30日，由女同学会、益友读书会、野火社发起，召开全校20多个学生团体联席会议，并决定成立“同济大学学生团体联合抗议美军暴行委员会”，并加入了上海学生“抗暴联”。1947年元旦，同济2000多学生参加了全市学生抗议美军暴行大游行。随着内战扩大，物价飞涨，到了1947年2月，蒋管区物价指数同抗战前相比上涨了18000倍。同年5月的物价又比2月上涨了千倍。人民苦不堪言。教育经费大幅度下降。上海国立大专院校经费困难，举步维艰，学生吃不饱饭，教师养不起家。教育危机日益严重。因此，自1947年5月起，学校不得不以各种方式为改善处境、调整待遇而斗争。1947年5月2日，同济、复旦、交大、暨南四校校长联合致电行政院院长张群和教育部长朱家骅，要求迅速调整国立大学教职工待遇。1947年5月，中国境内除军事战争的第一战线外，又出现了学生运动和蒋介石政府之间尖锐斗争的第二条战线。同济学生英勇地战斗在第二条战线上。5月中旬，南京、北平学生发动了“反饥饿、反内战”的斗争。同济、交大、复旦等校学生积极响应，纷纷举行罢课，要求增加教育经费，提高教职员和学生的待遇。5月17日，上海市国立学校学生联合会成立，决定派出代表37人与浙大联合会组成沪杭学生代表晋京团，同济代表5人，其中，黄仁端被推选为团主席团成员。5月19日，同济和其他高校7000多名学生欢送团晋京代表；举行了声势浩大的示威游行，与国民党军警展开了英勇的斗争。5月20日，京、沪、杭等地代表6000多人在南京遭到国民党军警的镇压，造成了“五·二零”惨案。此后，同济学生积极参加全市大中学生一系列反饥饿、反内战、反迫害的斗争。在参加总罢课斗争时，连日派出宣传小分队向市民进行宣传。5月25日、27日，同济学生37人被捕。5月31日，同济37名教授联名发表抗议书。对同济教授郑瑞波等10多人被警察侮辱、同济学生被逮捕表示抗议。他们还会同全市100多名教授举行罢教抗议，支持学生要求增加公费，解决吃饭问题的斗争。经各方面营救和斗争，被捕学生全部获释。“五·二零”斗争后，在中共上海学委国立大学区委的领导下，中共同济支部扩建为总支部，由庞其芳任总支书记。党员从6名发展到40名。11月，上海学委为了加强领导力量，派乔石到同济担任总支书记，庞其芳任副书记。“五·二零”以后，同济教务、训导、总务三长，工学院院长、文学院院长及附职校长联名向董洗凡辞职。学校行政一度陷于停顿。董洗凡面对重重困难，身感无力回天，又不愿做国民党政府的驯服工具，万不得已，三次向教育部提出辞职。1947年9月16日，行政院会议照准董洗凡辞职，派丁文渊继任校长。1947年9月丁文渊到校后,立即改组人事，停聘唐哲等进步教授，监视、密报李国豪等教授的行动，并竭力压制爱国学生运动。1947年入冬，气候奇寒，上海街头冻死者每日有百人之多。同济学生率先开展了劝募寒衣、救济灾民的活动。随后，在上海学委发动和领导下，全市80多所大中学校3万多学生参加了“救饥救寒运动”。1948年1月5日，英帝国主义在香港九龙，以武力强拆民房，造成流血惨案。11日，同济学生系科代表大会作出抗议九龙暴行的决议。16日，上海14所学校成立“上海市抢救民族危机抗议九龙暴行联合会”。17日各大、中学校学生25000人汇集外滩，举行抗议集会。同济在校学生几乎全部参加，以最长的队伍，走在游行队伍的最前列。在集会上，同济学生代表联合会主席团作总结，提出“把一切帝国主义赶出去，为建立一个独立、自由、民主、富强的新中国而奋斗”的口号。1947年12月16日，国民政府教育部公布修正的《学生自治会规则》，旨在剥夺学生的民主权利，不准学生参加爱国运动。同济第二届学生自治会理事长杨前坤等，因组织学生运动被校方开除，留下的理监事任期届满，于是，筹备改选学生自治会。1948年1月9日，丁文渊宣布不准召开学生系科代表大会，要由校方指定筹备人，不准成立全校性学生自治会，只能由各学院分别成立。1月11日，学生不顾校方反对，学生系科代表通过了自定的学生自治会章程。1月13日，在工学院礼堂召开学生自治会选举大会。1930名学生参加投票，选举圆满成功。丁文渊气急败坏，从1月14日起，一周之内，先后开除、处分了45名学生（这些学生经地下党安排到大别山及浙南参加武装斗争）。同济学生通过集会、罢课、绝食等方式与丁文渊进行不屈不挠的斗争，并准备晋京。同济学生“反迫害，争民主”的斗争得到了社会广泛的支持。1月25日，经交大和复旦等校发起，全市58所学校学生组织的了“上海市学生反迫害，争民主支持同济联合会”，号召全市学生团结起来，誓作同济学生的后盾。此事惊动了国民党政府，教育部急电“阻止派代表晋京”。1月26日，蒋介石指令朱家骅和吴国桢：“迅速解决同济学生罢课事件”。丁文渊断然拒绝学生的要求，学生自治会决定于1月29日晋京。29日清晨，国民党军警宪特几千人出动铁甲车、“飞行堡垒”沿其美路（今四平路）设立三道防线，包围、拦阻学生队伍。市长吴国桢、警备司令、警察局长到场指挥。上海地下党学委负责人吴学谦、吴增亮和国立大学区委费瑛、王光华、浦作及同济党支总书记乔石亲临第一线。同济学生和前来支援的交大、复旦、圣约翰、东吴等28所学校的4000多学生与军警发生激烈的斗争。学生遭到镇压，69人受伤。当晚，同济、交大、复旦、圣约翰和清华学生近百人在同济被捕。这就是震惊全国的争民主争自由的“一·二九”运动。1月30日，国民党中央党、政、军联席会议作出决定，对上海学潮采取严厉方针，声称“如果同济大学学生30日下午还不复课，则执行解散令”。同日，教育部次长杭立武与丁文渊商议，拟于31日宣布解散同济的命令。吴国桢不以为然，认为解散学校影响太大，军警力量不足，地方无法负责。2月5日，蒋介石致电吴国桢，重申必须解散同济，指责上海“地方政府多所顾虑”，“姑息养奸，以贻后患”。吴国桢复电辩解，拒不执行，并托辞去杭州“养伤”，撒手不管。随着社会舆论的压力，法庭上的英勇斗争，地下党组织和社会各界人士的营救，1948年6月4日，最后在押的3名学生被宣告无罪释放。同济学生英勇顽强的斗争精神，为反动派所惧怕，为全市学生所称赞。同济大学学生自治会成为上海坚强的“民主堡垒”之一。1948年夏，丁文渊称病住院，委托教务长夏坚白代理校政。1948年12月4日，行政院临时会议通过丁文渊辞职。12月25日，夏坚白正式就任校长。从1948年9月开始，解放军先后发动了辽沈、淮海、平津三大战役，国民党政权已呈总溃败之势。蒋管区人民生活出现前所未有的危机。上海物价一小时数涨，师生生活无着。1948年11月，“同济新生院学生连续三日仅喝稀饭及红薯度饥，……工学院改三餐为二餐”。全校濒临断炊绝境。12月3日，校长行政会议贴出布告：存粮仅可维持4天，允许学生离校返乡或转学。1949年1月5日，同济、复旦、交大、暨南、上医、上商、音专、商船八所国立院校校长联名通电申请辞职。2月27日，沪、杭、苏、镇4地16所国立大学校长，为经费待遇及应变费问题联合晋京。行政院被迫紧急拨给各校3月份经费，并补发各校3个月储粮费。2、3月份，“同济教授联谊会”、“学生自治会”相继复会改选，“讲师助教会”、“联谊会”、“工友会”先后成立。当时，“上海国立院校教授联谊会”三代表去南京面见国民政府代总统李宗仁，要来1亿元紧急拨付经费，同济分得2062.6万元，同济教授会将其中309万元拨予学生会膳管会购储粮食。同时，学生们开展了“活命大拍卖”运动，采取出售自己的衣服、书籍等方式购粮度日，储存备用。2月19日，同济和其他国立院校教授联名发表《告社会人士书》，指责国民政府教育部主管南逃广州，弃学校而不顾；4月8日，学生自治会发起成立“学生应变委员会”。不久学校成立全校性应变组织，校长夏坚白任主任委员。1949年4月21日，解放军横渡长江。23日南京解放。4月26日凌晨，汤恩伯出动1万多军警特务包围同济等十几所大中学校，疯狂进行大逮捕。军警到同济时，夏坚白拒绝执行逮捕令，有些教师、工友尽力保护学生。军警强行抓走了陈文光、王敏等22人。此时，上海守备当局发出“紧急疏散令”。4月27日，同济停课，奉命于30日前“疏散”，腾出校舍驻军。为此，学校一面发动师生疏散，一面由应变组织及时采取措施，保护学校财产，解决师生食宿。那几天，其美路（现四平路）上车水马龙，到处都是疏散的人群和行李。到了限期的最后一天，虽经学校多方奔走交涉，1000多学生的安身问题仍得不到解决，夏坚白校长只得下令所有同学都集中到善钟路（现常熟路）医学院。1949年4月，学校党组织根据上海地下党的统一部署，配合解放军解放上海，组织学生开展社会调查，秘密绘制上海市郊详细地图，弄清战犯住宅。同学们实地勘察了市区每个警察岗亭、街头、碉堡、变电站、消防龙头、制高点位置及蒋介石、宋子文等战犯、官僚的公馆。圆满地完成了任务。5月中旬，解放军逼近上海。在中共同济总支领导下，同济医学院建立人民救护队，各学院按所在区域，均成立了人民保安队和人民宣传队。广大师生员工风雨同舟，应变护校，维护地方治安，迎接上海解放。