抗日战争时期，1937年10月，余建勋在六十军一八二师五二九旅一〇七七团任上校团长，后任新三军一八三师师长等职。
民国27年(1938)3月，曾率部参加
台儿庄会战，奉命守卫禹王山。4月28日，日军1个大队配备坦克、骑兵进犯禹王山，全团官兵奋起还击，打退日军多次冲锋，守住阵地。
后相继率部参加
武汉会战、阳新战役、一、二、三次
长沙会战。民国30年(1941)任第一集团军一八三师少将师长，率部参加第九战区
湘赣会战，在赣北奉新、高安等地作战。在
长衡会战中，率军截断粤汉线，封锁湘江航道，攻克重镇遂川，固守吉安。在赣江追击战中沉重打击日军。
抗战期间，曾两次负伤，为保卫神圣国土作出贡献。抗战胜利，奉第九战区司令长官令，率部赴江西省
九江受降。
民国36年(1947)，余建勋回云南。次年，被
卢汉委任省第七区行政督察专员兼区保安司令。时，接管车里、佛海3个兵站的枪炮弹药，装备1个师的武器，押运到昆明。
民国38年(1949)3月，任保安第二旅旅长驻大理，5月，兼滇西剿匪指挥部指挥官。同年6月，在保山平息“共革盟”。同年9月，任七十四军中将军长。12月9日，率部参加卢汉领导的
昆明起义，调任中国人民解放军暂编第12军军长，率部参加
昆明保卫战和滇南追歼战。
省政府、省政协、省军区等单位领导组成
治丧委员会，于同年7月22日，举行隆重追悼会。施甸县政府、政协派人参加悼念活动。