新中国成立后，叶企孙一直为熊大缜冤案奔走呼号，寻找为其平反昭雪的机会。想不到沉雪未昭，自己又遭祸端。“文革”爆发后的1967年11月，叶企孙因为熊大缜案牵连，作为“历史反革命分子”被揪出，成了人民的敌人。在一连串的抄家、揪斗、关押，站“斗鬼台”、送“黑帮劳改队”改造，以及无休止的交代“历史问题”等凌辱折磨下，叶企孙一度神经错乱，进入了陈寅恪《南飞》诗所言“众生颠倒诚何说，残命维持转自疑”的悲惨境地。
据叶企孙的侄子、核物理学家叶铭汉受株连后被迫写下的一份“揭发材料”说：“新北大公社的大字报说，校文革和新北大公社早就掌握了叶的材料，并曾上报中央文革，因案情严重，牵涉到很多人，所以没有公布……今年2月初，有一次叶忽然说，‘井冈山’开办学习班，要他和崔雄昆去，他未去。因此‘井冈山’电台天天点名批判他。以后叶每次来我家都说一件事，并说他到王府井去，也可以听到‘井冈山’的广播。还说有一种小声的特殊广播，是专门为他的。有时‘井冈山’和‘新北大’两个电台为他的问题而辩论。一开始我觉得叶所说的内容不合情理，后来逐渐愈来愈感到他的神经不正常。到3月中，我为了证实他所说的是错误的，特地去找过周培源，问他井冈山有没有这种广播，周听罢来意，说没有这种广播。我向周说：‘看来叶是神经失常了，能否请你做些思想工作，跟他说井冈山电台根本没有这种广播，是他自己神经错乱了，是幻觉。’周说：‘你跟他说说就行了。”’叶铭汉又说：“三月中，叶说他一举一动‘井冈山’都有反映（应），他喝一口茶，电台就说他喝茶不对。他走出门，电台就叫他马上回去等等。叶说，‘井冈山’一定有一套类似雷达侦察系统，可以看见他的一切行动。我跟叶讲，你是学物理的，你知道电波透不过墙，根本没有这种事，是幻觉。叶根本不相信我的话。叶说你到我家来听听就知道了。叶还说，说不定现在就有这种雷达。我为了打破叶的幻觉，曾在3月下旬到叶家去了一次，叶说：‘你注意听，我现在喝一口茶，等一会马上就会有广播。’等了一会，我说，根本没有。叶说：‘有，是你的耳朵聋，因此听不见。’……过了几天，老周（南按：叶雇的工友）来找我，说他觉得叶的神经有毛病了。周说叶这几天常说，电台广播要他去中南海开会。有一天，叶忽然穿好衣服要出去，说广播说在车库上车。出去过了一会叶又回来，说广播不让他去。”后经叶铭汉送叶企孙到北医三院神经科检查，诊断为“幻觉症”，因叶是反革命分子，医院给了几片药打发回家了事。叶的病情越发严重，几次半夜穿衣欲去中南海开会，结果是中南海未能成行，却一脚踏进了地狱之门。
1967年7月12日，吕正操以“反革命修正主义分子”被捕入狱，紧接着，原东北军出身的将领张学思（南按：张学良四弟，时为海军参谋长）等与吕正操有关联者相继被逮捕、关押，并由中央军委成立专案组，审理过去的政治问题。当年在吕正操部队遇难的熊大缜再度死尸复活，引起了有关部门高度重视。由于熊大缜死尸复活，叶企孙受到牵连，被迫向前来调查的中央军委办公厅“吕正操专案组”人员写交代材料。1968年4月，“吕正操专案组”将叶企孙作为C。C。特务逮捕关押，开始进行审讯。在押期间，“专案组”进行了大量的“内查外调”，除叶企孙本人，曾对众多人员，包括许多知名人士如翁文灏、冯友兰、赵访熊、戴世光、何成钧、周仁、周同庆、吴泽霖，以及清华大学秘书长沈履、原清华庶务科长毕正宣等进行调查审问。一时间，搞得鸡飞狗跳，人人自危，凡与叶企孙熟悉的人都处在惊慌恐怖之中。在威逼恐吓下，被调查审问者有的始终坚持了人格魅力与文化良知，据实相告。有的出于各自的目的，信口开河，甚至有些神经质地胡言乱语，使本来并不复杂的一个案件，变得扑朔迷离，难辨真伪，最后导致许多人卷入案中蒙受不白之冤。
从“专案组”审讯案卷可以看到，叶企孙涉案问题主要有二：一是与熊大缜的关系；二是在抗战期间和朱家骅的关系。或者说，叶在与熊、朱二人交往中，是否参与了特务组织和从事反革命活动。
1968年9月3日，被捕入狱的叶企孙第一次被提审，审讯员是云、李、孙、刘等四人。身戴手铐脚镣，头发蓬乱，一身破衣的叶企孙，被带进审讯室落座，审讯员第一句话便是：“你的罪行是严重的。交代你和熊大正（南按：原案卷为熊大正）的往来关系！！”
叶企孙于惊恐中交代说：“熊大正去冀中是由北京教会中一个姓黄的送往冀中的。这段话是熊大正在天津清华同学会和我讲的。我反对熊大正去冀中，熊大正在1938年端午节从冀中来到天津，刘维来天津交给我一张纸条，是熊大正亲笔写的，信上说，介绍刘维与你接头（刘维是代表熊大正到天津办事，是熊大正派出来的，与我接头）。在冀中吕正操是领导，也可以讲刘维是代表冀中的。很快我代（带）刘维到王崇植那里去了，见到了王。我知道王是C.C，我的态度是支持南京政府的。”
在被问及何人、在何地搞无线电台时，叶企孙交代说：“作无线电台是在清华同学会，是我安排在三楼一间房子里作电台，我是清华大学临时办事处负责人，他们两人来也是找我。不久，熊大正来了，时间是端午节，从冀中到天津的，住在清华同学会。熊大正来了之后，和我讲了一些冀中情况：1.货币情况；2.经济商业情况；3.交通情况；4.军队情况没谈多少。我和熊大正讲过吕正操应该同鹿钟麟取得联系，这是我的意见，熊大正赞成我的意见，并说这件事还得看情况。我们当时在吕鹿问题上定了暗号，用‘吕鹿合婚’的暗语与熊大正互通情报。”
因叶企孙已经牵涉到控制中共冀中军队的吕正操，与时任国民党政府河北省主席的鹿钟麟的敏感问题，而鹿在河北建立敌后省政权，又曾与八路军发生过摩擦和不快，此事立即引起了审讯人员的警觉，随后的问答也变得紧张、简短、尖锐起来。
问：目的是什么？吕鹿合婚目的？
叶：我的目的是支持蒋介石。
问：吕正操当时受谁领导？
叶：是共产党领导。
问：鹿钟麟当时受谁领导？
叶：是蒋介石领导。
问：吕鹿合婚你主张由谁领导？
叶：我支持蒋介石，由蒋介石领导。
问：交代以后如何搞吕鹿合婚及通情报问题。
叶：我于1938年10月5日离开天津到上海，10月底到香港，11月10日在香港收到熊大正的来信（熊大正的信是从天津发到香港。信中谈到吕鹿合婚等情况，详见原信件），信中说：“林兄近日对生等印象不佳，现为生详为解说，不快之感已去，并愿与生合作编辑书籍之事。”这段话的意思是说，林风对参加冀中工作不满，“编辑科学书籍”，此话是指“参加冀中工作的问题”。
问：熊大正在冀中工作与林合作“搞编辑科学书籍”之事，你必须交代实质问题！叶：说不清……问：南方家中指什么？
叶：是指西南联大。我给熊回了2－3封（信），内容记不清了。我是从1938年11月底由香港回到昆明，1939年3月朱家骅从重庆给我来电报，电文是“生死莫卜”，意思是指熊大正在冀中被捕生死不知。朱家骅怎知熊大正被捕之事？朱是从天津党政军办事处那知道的。天津党政军办事处知道我与熊大正很熟，所以他们叫朱家骅给我打的电报，我接到朱家骅电报后，给朱家骅回信，叫朱家骅营救熊大正。
问：还采取什么行动营救熊大正？
叶：我在1939年4－5月到昆明找到国民党中央研究院叫陶孟和（社会科学所所长，在叶企孙领导下）帮忙，请他再托人帮助营救熊大正，但是不久在昆明路上听说熊大正死了。谁说的记不清了。
第一个回合的审讯结束后，紧接着是第二个回合、第三个回合与无数个回合的交锋。审讯内容仍是围绕上述两大主题展开。从部分审讯材料看，“专案组”对叶企孙如何进入中央研究院，以及是否加入陈立夫的C。C。特务组织之事，似乎更加关注。
在抗战期间和胜利之后，没有人特别关心朱家骅、叶企孙二人的关系，当时学术界知识分子普遍认为，叶氏暂辞清华大学“特种委员会主任”，加盟中央研究院并出任总干事一职，属于正常的工作调动，没有任何特殊的背景和政治色彩。想不到二十个春秋之后，这个简单的工作调动已变得不再普通和寻常了，叶企孙与朱家骅的关系，由此成为决定他在深牢大狱中待多久，甚至是能否保住人头的焦点所在。按照叶企孙的交代，他突然转行出任中央研究院总干事，主要是朱家骅的盛意。叶说：“据吾推测，中央研究院要吾担任总干事的理由，是因为吾对各门科学略知门径，且对于学者间的纠纷，尚能公平处理，使能各展所长。”
在叶企孙当时和之后的岁月里，他认为此事只是人生历程中一个很小的平常枝节，没有什么值得特别说明的。但是，在“专案组”人员看来，问题却没有如此简单。因为办案人员已从梅贻琦与叶企孙的学生、后来担任清华大学中层领导的某君处得到了一份秘密揭发材料，声称：梅贻琦与叶企孙二人均是朱家骅手下的国民党“中统”特务，且“中统”在清华还有一个分支机构，主要负责人就是校长梅贻琦。为证明这个说法成立，某君解释道：“叶企孙是理学院长，一向梅贻琦因事外出，总是由叶企孙代行校长职务，即在抗日战争前后都是这样做的。直到解放后，还是沿袭过去惯例由叶担任过一个时期的校务委员会主席。当时伪教育部长朱家骅是反动组织‘中统’头子陈立夫手下的第一名打手，与叶的关系相同于梅与朱的关系。因此，我认为朱家骅不可能不拉叶参加这个反动组织。”
在被拘押前，叶企孙于1968年1月22日向“专案组”就自己与朱家骅相识与共事经过，曾作过如下交代：“1918年8月，我同朱家骅同船赴美国留学。那时吾同朱并不熟识。朱不是清华公费生。到美后，吾同朱并不同学，也不通信。朱留美不久，即转往德国留学。朱回国后，曾在北京大学教地质学，但为时不久，比李四光在北大教地质学的时间要短得多。在同类地质学家中，吾同丁文江、翁文灏和李四光相熟在前，同朱相熟在后。约1933年，中央研究院成立第一届评议会，吾当选为评议员。评议会约每年或每两年开一次会，开会时可以会到丁、翁、李、朱四位地质学家。”又说：“朱就院长时，总干事为任鸿隽，不久辞职。1941年春，朱来信要吾担任总干事。吾应允了，但须秋间方能到职。”
因那位清华大学的中层干部、叶企孙“高足”某君横空出世的震撼性揭发，使叶企孙与朱家骅的关系变
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