就在上海战事正酣，蒋介石铁定了心要与日军决一雌雄之际，南京国民政府开始设法动用运输力量，把国家珍藏的宝器、工业设施、战略物资和科研设备，经长江、陇海铁路和各条公路悄悄运往内地，以保存实力，长期抗战。与此同时，根据国民政府的命令，中央研究院各研究所与平津两地大学也开始向长沙与西安一带迁徙。
决策既定，傅斯年立即指示中央研究院各所捆扎物资仪器，打点行装，准备起程。
早在淞沪战事爆发前，中央研究院史语所考古组已根据战局演变，在富有远见和责任心的李济指挥下，开始对历次发掘的器物和各种器材打包装箱，准备内迁。据史语所《大事记》民国二十六年七月条：“本所随本院西迁，先选装最珍贵中西文图书、杂志及善本书共六十箱，首批运往南昌农学院，其余一千三百三十三箱分批运长沙。但部份殷墟出土的人骨、兽骨及陶片等，限于运输工具，暂留原址。”八月条：“本院组织长沙工作站筹备委员会，本所迁入长沙圣经学院，所长傅斯年仍留南京，派梁思永为筹备会常务委员。”
此次行动，按照史语所研究人员石璋如的说法：“因为南京离上海很近，战事吃紧，所以先行装箱。”在具体作业中，首先选择重要的文物装箱，“像骨头就选人骨，其它部分就留下，这也是一种决定。”根据不同的情况，傅斯年与李济、梁思永商定，已捆装完毕的六十箱最珍贵中西文图书及善本书等，由李济亲自负责押运到南昌农学院保存，其他一千三百多箱出土器物，陆续运到南京下关码头装船，分批运往长沙，由梁思永总负其责，组织雇用船只、运输和安置。
就在史语所人员装船过程中，上海战事已到了最为酷烈和决定胜负的阶段，日本飞机开始飞往南京实施轰炸。在炮火硝烟中，一批又一批满载着成箱国宝的轮船悄然离开下关码头，沿长江溯水西行。史语所大部分人员连同家眷一同随船起程，也有个别人员如那廉君、石璋如等乘火车从陆路绕道赶赴长沙。
由于从内地迁来的机关太多，整个长沙市显得异常拥挤混乱。圣经学校是一座三层楼的建筑，空间较大，且有地下室可储藏东西与躲避敌机投下的炸弹。时北大、清华、南开三所大学的师生已陆续来到长沙，并借用圣经学校上课，大部分房间已被三校占据利用，中央研究院只分配到三层楼的学生宿舍及一小部分教室，史语所运来的所有箱子都放在地下室暂存。10月之前，史语所人员一直忙于装船运输、搬运和整理。差不多到了10月中旬才开始安顿下来。因梁思永一直在南京组织装船运输，长沙的搬运工作由董作宾、石璋如等人具体实施。当梁思永随最后一只轮船抵达长沙并与梁思成一家见面时，已是10月上旬，这时李济正以中央博物院筹备处主任的身份，率领部下奉命押运一百多箱国宝级文物沿长江溯流而上，艰难地向重庆行进。这批文物是此前从北平抢运出来在南京暂时收藏的。1931年9月18日，随着“九·一八”事变爆发，日本军队占领了中国东北三省，进一步向华北地区进犯，威胁平津，中华民族进入了危难之际。鉴于清末英法联军占领北京火烧圆明园，导致大量价值连城的文物遭到焚毁和劫掠的悲惨命运，考虑到北京故宫等机构保藏的文物有在战火中被焚毁或遭日军抢劫的可能，故宫博物院院长易培基等有识之士，电告南京中央政府，提出了尽快把文物南迁以避刀兵之灾的意见。经过一番周折，终于得到国民政府批准，北平几家存有文物的部门于1932年底商定派员精选文物，紧急装箱南迁。除故宫博物院集中的13427箱零64包外，另有古物陈列所、太庙、颐和园、国子监，以及奉天、热河两行宫等处文物6066箱，由国民政府委托故宫博物院派员一起将其南迁——这便是中国近代史上著名的第一次国宝南迁大行动。1948年底，这批宝物中的相当一部分精品随蒋介石政府迁往台湾，成为台北故宫博物院的镇院之宝。
由北平南迁的文物先运到上海暂存，同时利用南京朝天宫旧址，修建故宫博物院南京分院长期存放。因南京分院只能容纳原北平故宫运出的文物，一同运往上海的其它部门如太庙、颐和园等原有6066箱文物无处存放，经蔡元培倡议，于1933年4月在南京成立了国立中央博物院筹备处，暂时接管这批文物。中央博物院隶属教育部，办公地点设在鸡鸣寺路1号，在中山门半山园征地12。9公顷，原拟建人文、工艺、自然等三大馆，后因时局关系，仅建一座人文馆（即后来南京博物院大殿）便仓皇撤离西迁。
中央博物院筹备处成立后，蔡元培出任第一届理事会理事长，傅斯年为筹备主任，延请翁文灏、李济、周仁分别为自然馆、人文馆和工艺馆筹备主任，并确立了“提倡科学研究，辅助公众教育，以适当之陈列展览，图智识之增进”的宗旨。同年10月，国民党中央政治会议第377次会议作出决议，将北平古物陈列所（南按：1914年袁世凯政府设立）迁到南京的文物拨付给中博筹备处。1936年，再度把原国子监（南按：1911年成立的北平历史博物馆所在地）、颐和园等处迁往南京的文物，全部拨付给中央博物院筹备处保存。这两批文物入库，不但成为正处于襁褓中的中央博物院筹备处藏品的基础，同时也奠定了日后在文博界举足轻重的大腕级地位。
除政府明令拨发的南迁文物，中博筹备处自成立之始，就有建成一个名至实归的国家乃至世界级博物院的构想，于是开始从私人收藏家手里征集文物。1933年10月，在蔡元培、叶恭绰、李济等人的共同努力下，以3。4万元的价格，购进了闽侯何叙甫绘园古物2000余件。再后来，随着不断收购、拨交和派员主动到田野进行考古发掘，中央博物院筹备处很快集中起全国第一流珍品约三十万件，其中包括绘画中的《历代帝后像》、《唐明皇幸蜀图》；铜器中闻名中外的《毛公鼎》等稀世珍宝。1934年7月，中博筹备处主任傅斯年因兼职过多，决定辞职，由李济继任，原安阳考古发掘队队员郭宝钧任总干事，工作人员有王振铎（天木）、赵青芳等。
也就在这一年，开始成立中央博物院建筑委员会，特聘中国营造学社梁思成为专门委员，进行初期筹备建设规划，并向全国建筑界人士征集建筑方案。建筑委员会成立以及梁思成的介入，是李济继与梁启超、梁思永共事之后，又一次与梁氏家族成员密切合作。1935年，著名建筑师徐敬直设计的方案当选，后徐氏会同梁思成将方案稍加修改，建筑外部仿辽代宫殿式，内部结构则中西合璧，使整个建筑群具有独特风格和磅礴的气势。按照国民政府“把中博建成亚洲乃至世界一流博物馆”的规划和设计方案，1936年第一期工程开工，以中博筹备处为代表的业主与德国著名的西门子公司签定合同，由对方提供建筑材料，并负责安装电梯、电话及排气扇等通信、通风等当时世界博物馆中尚属珍稀的一流高科技设备。意想不到的是，1937年7月，由于卢沟桥事变爆发及日寇大举入侵上海，南京告急，第一期工程刚刚完成四分之三（人文馆）即被迫停工。所有人员连同收藏的稀世珍宝，开始了又一次历史上最为悲壮的大迁徙。
卢沟桥事变爆发当天，中央博物院筹备处人员在李济领导下，把一部分书画等珍品密存于上海的兴业银行。上海战事兴起后，李济负责押运史语所六十余箱中西文杂志及善本书安全运往南昌农学院，迅速返回南京，同故宫博物院院长马衡等人一起，商讨由北平迁来南京大批文物的转移办法。协商的结果是，文物分三批运往川、陕、甘等地。根据各自的分工，这年10月中旬，李济奉命押运中央博物院筹备处保存的一百余箱国宝级文物，乘船沿长江赴重庆密藏。工作人员随船撤离南京迁往重庆沙坪坝暂住。当一切安排妥当后，李济又急如星火地赶往长沙与史语所同仁会合。此时已是11月下旬，中央研究院迁来的史语所、社会学所等几个所基本已安顿下来。当得知梁思成一家从北平迁往长沙后，李济决定登门拜访，在梁思永带领下，二人来到了梁思成一家的临时住处，自此便有了离别后再度相会的机缘。
此时，主客双方都没有意识到，随着这个机缘的重新聚合，梁思成一家与李济一家及其所在机关，一起度过了漫长的九年流亡生活。