从此，钱大钧人生的鼎盛时期已过，开始一步步走向衰退。在上海休养一段时间后，钱大钧不久便被调离了侍从室，改为军事委员会办公厅代理主任。1937年7月抗日战争全面爆发，钱大钧随蒋介石巡视各地防务，并奉命两次到前线劳军，11月指挥有关部门将故宫古物7000余箱抢运重庆，保护了大批国宝文物。此间与蒋介石的距离渐渐拉远，同时远离了军政中枢。但在宋美龄的支持下，于1938年2月出任航空委员会主任。
钱大钧上任后，对空军的军令、技术、总务、防空四个厅安排了人选，又任命了辖属三个军的司令，并通过多种渠道，先后得到苏联和美国空军的援助。1938年4月29日，日军出动40余架飞机轰炸武汉三镇，钱大钧参加组织了这次武汉空中保卫战。在此次保卫战中，中国空军击落日机21架，中国空军损失9架。
这次空战后，钱大钧与周至柔等人决定派飞机到日本领土上空进行一次有意义的飞行宣传，得到蒋介石的批准后，即派出由徐焕升等8人驾驶的两架飞机飞往日本。飞机进入日本国土后，躲过探照灯的照射和高射炮的射击，在东京、大阪、长崎等地上空，空投了宣传品，最后顺利返航。
