在兼职陆大的同时，吴石还有一个重要的身份：参谋本部第二厅军官，专事对日研究及收集日方情报。这一身份证明吴石已进入国民党军的要害部门，开始自己军人生涯新的阶段。1936年，吴石的领章上多了个星，成为国民党军少将。
吴石少将风华正茂
吴石对于日本军情的关注，早在日本留学时期就已经开始。其实，在九一八事变爆发时，还在日本陆军大学留学的吴石凭他的直觉，开始留心搜集有关日本的政治、军事资料，为日后开展对日情报研究打下基础。他在《自传》中写道：“利用余原有之日本书报杂志，及托留日士官生猎取各种有关材料，加以整理研究。”
作为日本陆大的高才生，吴石不是浪得虚名，研究军事情报周详细密，几乎达到无懈可击。为编写一部叫作《参二室蓝本》的系统报告，他与郑水如、吴鹤予、蔡重江、周季煜、王斐丞、万祖章等人在简陋的办公室里，坐了三年“冷板凳”。《参二室蓝本》实际上由《日本作战之判断》及与政治、经济、海空军总动员有关之材料十余种编成。此书一出来，在国民党军高层没有多少人予以注意。1937年，迄“八一三”抗战，日本侵略军一切兵力部署及攻击方向，基本上如《参二室蓝本》所判断；敌人之兵力番号与编制，基本相符。《参二室蓝本》一下子引起国民政府军事委员会重视，国民政府军事委员会参谋本部催促加班加点翻印《参二室蓝本》，专送军事当局有关官员研读。一度被冷落的《参二室蓝本》在中华民族生死攸关的时刻发挥出特殊的作用！这一点，吴石与同事们也许起初就没有想到，但终究他们的辛苦终于得到回馈。此时，吴石对这种成效已不感兴趣，他的目光注视着战事的下一步变化。
吴石对日本政府发动侵华战争的图谋早有预感。1936年春，日本政府即将发动全面侵华战争。一天，南京鼓楼小学上演了一场中日小学生间的亲善联欢。日本小学生坐着八辆敞篷小轿车，穿着天蓝色海军制服，手里拿着鲜花到了学校，一起又唱又跳，高唱着中日友好亲善，吴石的儿子吴韶成参加了活动。第二天，有极强爱国心的女老师俞思聪给学生出了个地理题，专门画了一张地图，上面只画上铁路线，让学生带回家去猜地图指的是什么地方，猜不出就去问家长。
回到家中，吴韶成左思右想仍毫无头绪，不得不寻求父亲的帮助。平时，吴石是一个严肃的人，对子女讲话往往就是简单一两句。这次却十分耐心比划着，告诉孩子：“这是我们东三省地图，这条铁路是从哈尔滨到旅顺。1931年，日本鬼子发动九一八事变，占领了我们的东三省，杀死我们的无数同胞，现在变成了满洲国。我们一定要打败日本，收复失去的疆土。”说话间，脸上露出刚毅而坚定的神情。多少年后，他的儿子吴韶成对此仍念念不忘。
在抗日战争爆发前夕，吴石是坚定支持对日作战的主战派，在军事当局召开的会议上力主抵御日本侵略者，并主动献计献策。
当他看到节节失利，他的内心在流血。淞沪战争正酣，作为参谋本部第二厅参谋处长的吴石从南京赴上海前线视察，一家人入住大东旅馆（上海公共租界内永安公司楼上）。有一天深夜，从前线回到上海市内，与家人说起前线战况。十分感慨：我军将士奋不顾身，英勇杀敌。但日军炮火十分猛烈，造成我方巨大伤亡，尸骨堆积如山，场面壮烈。大家听了心里都很难过。不久就发生了飞机轰炸上海大世界的惨案，死亡平民2000余人。吴石和家人的住处也被震坏。年幼的儿女们第一次看到流血。
在和平环境中生活的人很难想象战争岁月给人们带来的伤痛。保卫国家，保卫平民百姓，是军人的天职。面对淞沪战役，吴石内心感到震动。
作为一个有骨气的中国人，吴石对投靠日军的汉奸或缺乏骨气的民族败类深恶痛绝。“八一三”刚刚打响，与之为福建老乡的南京国民政府机要秘书黄浚①给日本人报信，因此，一夜之间，长江日轮舰艇赶在沉船封江之前，全部逃出吴淞口，竟未俘虏一只！1940年3月30日，汪精卫在南京成立伪国民政府，并发表所谓“宣言”，汪为代理主席，招降重庆蒋介石政府。吴石在日本陆大的同班同学萧其昌投靠汪伪政权，成为无耻的汉奸……对此，吴石在家里总是对这些民族败类骂不绝口，教育他的子女：“千万别学他们，败类！败类！”吴石的民族气节深深留在儿女们的记忆中。