1938年冬，因战事紧张，学校被迫决定迁往昆明。考虑到道路险阻、流寇难防，学校决定取道西江、中转越南前往昆明。在历尽千辛万苦后，师生们于1939年春节前分批到达昆明。

在昆明时期，同济校址极为分散。工学院在富春街富春中学内，理学院在青莲街。医学院前期上课分散在水晶宫、八省会馆、青莲街、富春街等处，医学院后期在福照街商业学校，附属医院在赵公祠。附属中学先在青莲街，后迁福照街商业学校，1939年再迁宜良狗街西村杨家祠，附属高级工业职业学校也多次迁址。图书馆在富春街太阳巷1号，测量馆在富春街富春中学内。学生宿舍分散在文庙东巷、庆云街太平巷、水晶宫等处。

昆明时期，学校维持日趋艰难，学校经费不足，不仅欠薪严重，基本生活也很难保障。在此情形下，校方积极寻求各方支援，校友积极为学校维持出力，学生自发组织了膳食委员会以通过科学管理保障伙食。尽管条件艰苦，但学校通过一切努力以保障教学和科研工作的展开，并培养了大批人才。

工学院刚迁昆明时，设有机电、土木、测量3系和造船组。1940年机电系分拆为机械和电机两系，工学院发展为4系1组，是全校规模最大的学院，历任院长为叶雪安、吴之翰和倪超。昆明时期，学校聘请有桥梁、铁路设计经验的林同炎担任兼课教师。1939年4月，在昆明成立了国立同济大学土木工程学会，出版定期刊物，交流学术成果。

昆明时期，医科的办学规模也有所扩大，师资雄厚，聚集了大批国内一流的医学专家和教授，保障了临床和教学工作的开展。当时医学院仍分前期和后期，坚持严格的基本训练。医前期在八省会馆设有解剖室，医后期的临床实习主要在附属医院进行。史图博、梁之彦等教授讲课注重联系实际，前期考试时严格要求、一丝不苟。同时，尽管困难重重，医学院仍开展了学术活动。

1940年夏，日军开始对昆明实行“疲劳轰炸”，暂居昆明的同济大学决定再次迁校。