1938年春，陜北發生人畜共患(牛瘟)疫病流行。葉天星自告奮勇參加防控工作，於是帶上疫苗、免疫血清和藥品，與途經Xi的白求恩大夫和第壹批來華國際防疫任務的外國專家壹起，於4月到達延安。為陜甘寧邊區政府民政部門和十八軍後方衛生部組織的防疫班講課。隨後，葉天星帶領防疫人員攜帶醫療器械到邊區十幾個縣的村莊，挨家挨戶給軍民和耕牛打疫苗，註射免疫血清。4個月徒步行程2000多公裏，8月底完成任務，受到邊區軍民的好評。
在邊區，葉天星目睹了各級民主政府的清廉政風，軍民高漲的抗日情緒，人人平等，社會安寧，鴉片、娼妓、賭博、土匪絕跡，壹派欣欣向榮的景象，與國民黨統治區腐敗、社會風氣下降、人民貧困的狀況相去甚遠。這讓他深深感受到“拯救中國的希望在於中國* * *產黨”。回到Xi安後，他經常與朋友和學生談論他在邊區的所見所聞和自己的感受。1939年底，國民黨頑固派發動了第壹次反* *高潮，葉天星被少數人指責為“親* * *分子”、“為* * *黨宣傳”，並受到恐嚇威脅。1940年4月，他被迫離開妻女，從Xi安逃到桂陽，在桂陽參加了中國紅十字會救護總隊部和林克生教授領導的中央衛生實驗所工作，從事教學、科研和疫苗血清制造工作。
1941，11年6月，葉天行參與查明侵華日軍在湖南常德空投跳蚤等感染鼠疫桿菌的細菌武器。在侵華日軍細菌戰的威脅下，中國紅十字會救護總隊部和重慶國民政府衛生廳推薦葉天星作為美國洛克菲勒基金會的訪問學者，於1942年4月赴英屬印度研究和防禦鼠疫和霍亂。在孟買哈夫金研究所所長索凱爵士和德裏印度醫學部中央研究院院長泰勒爵士的指導下，研究鼠疫和霍亂的防治，開發免疫制劑。
1942 10葉天行從印度回國，恰逢侵華日軍在中國各地瘋狂投擲霍亂細菌武器，造成湖南、貴州、四川、雲南、廣東、廣西等地霍亂大流行。他立即前往貴陽參與防治，對病原菌進行了分離鑒定，摸清了這次流行的霍亂弧菌的血清學分型，揭示是日軍釋放的，同時挑選菌株準備霍亂疫苗。1942至1945，受聘於桂陽戰時衛生人員聯合訓練所任細菌學教師，在美籍華人洪捐贈的該所附屬疫苗血清實驗室工作。
1946年初，中國沈陽突然爆發肺鼠疫。林克勝指派葉天行等人帶著醫療設備飛赴沈陽，與聯合國善後救濟總署人員壹起防控，疫情很快得到控制。同年，葉天星公費赴美留學。先後就讀於美國軍事醫學院、美國軍事醫學研究所和紐約康奈爾大學，在斯梅爾教授的指導下研究病毒學、免疫學和微生物學。因為他學習努力，以實驗室為家，很受學校賞識。1947年底，懷著報效祖國、解除人民疾苦的決心，他婉拒了美國的勸告，毅然回國，成為上海國防醫學院衛生實驗學院細菌血清學系的教授，與李振皮教授壹起工作。同時，他還是上海同濟大學醫學院的教授，其附屬的高級醫學檢驗學院的校長，東南醫學院的微生物學教授。當時中國* * *產黨領導的人民解放戰爭節節勝利，國民黨政府的垮臺迫在眉睫。國防醫學院1948年底移至臺灣省。從陜甘寧邊區的經歷來看，葉天星堅信“只有* * *產黨才能救中國”，拒絕隨學校去臺灣，轉到上海的附屬醫院工作，秘密聯系不願去臺灣省的同事，將美國捐贈和接收的大量教學科研儀器、藥品和制作疫苗血清的設備秘密轉移到解放醫院。
1949年5月27日，上海解放，葉天行會見了中國人民解放軍華東軍區衛生部長崔義田、第三野戰軍衛生部長李鎮祥，將全部裝備和藥品移交給中國人民解放軍。後辭去原任，投身於華東軍區人民醫學院(第二軍醫大學前身)的籌建，受聘為該院衛生實驗所教授、細菌學系主任。在此期間，他積極為解放後的上海軍民制作疫苗血清。為此，他受到表揚，榮立三等功。抗美援朝期間，他編寫了《防禦性細菌武器檢查手冊》，並參與調查。1950-1954，上海復旦大學生物系微生物學教授，第壹次開微生物學課。
1952華東軍區人民醫學院改為中國人民解放軍第二軍醫大學，葉天星任微生物學系主任，後被聘為免疫學壹級教授。從此過上了安穩的生活，全身心地投入到教學和科研中。
10年“文革”期間，葉天星被迫害致死。粉碎“四人幫”後，他被中國人民解放軍總後勤部召回北京平反。2月1985，18光榮加入中國* * *產黨。
葉天行恢復工作後，夜以繼日地工作，奪回失去的10年。除了在軍醫大學各種班級授課外，他還指導研究生，參與專項科研，編寫免疫學教材，主持上海市免疫學會工作，向全市、全軍和全國舉辦的免疫學學習班講授免疫學的基礎理論和最新進展。從1979到1990，* * *編了12卷醫學微生物學和免疫學，單獨或與他人合作發表了33篇學術論文，加上之前發表的70多篇* * *。
葉天星歷任中國微生物學會第壹、二、三屆理事，上海市免疫學會第三屆理事、顧問，中國中西醫結合研究會微循環專業委員會名譽主任，中國免疫學會名譽理事。