抗战爆发后，光未然到武汉、鄂北等地进行抗日宣传。1938年率抗敌演剧团第三队活动在晋西一带。1939年到延安，同年创作组诗《黄河大合唱》，作品以黄河象征中华民族的性格和人民的命运，展现了抗日战争的悲壮画面，表现了中国人民的英雄气概。组诗气势磅礴，经冼星海谱曲，在人民当中广为传唱。不久赴重庆开展文化工作。1940年创作长篇叙事诗《屈原》。皖南事变后赴缅甸主编《新知周刊》，组织华侨青年战时工作队。1942年回昆明，任北门出版社和《民主曾刊》编辑。1944年搜集整理彝族民间叙事长诗《阿细的先鸡》，是整理我国少数民族文学遗产的一项开拓性工作。

1944年光未然在云南与李公朴、闻一多一道从事民主运动和诗歌朗诵活动。

1945年10月，受到国民党政府的迫害，离开昆明。次年由北平进入华北解放区，先后在北方大学艺术学院、华北大学文艺学院主持教学工作。中华人民共和国成立以后，光未然一直在北京从事文艺活动。先后担任《剧本》《文艺报》《人民文学》主编，以张光年署名写了大量的文学、艺术评论。这些文章立论严谨、文风洒脱，勇于面对重大的文艺现象发表意见，先后就历史剧、神话剧中的反历史主义的倾向问题，戏曲遗产中的现代主义现实主义等问题撰文论述，同时对新诗创作问题积极探讨，以自己的创作实践和理论研究，推动了中国新诗的创作繁荣。光未然的诗激情澎湃，气势雄伟，善于以华美的形象包蕴艰难突进的大时代的激流。

光未然曾任中国作家协会书记处书记、中国作家协会党组书记。并被选为第三、第五届全国人民代表大会代表，中国共产党中央顾问委员会委员、中国作家协会副主席。于2002年1月28日16时15分在北京逝世，享年89岁。

1939年诗人到延安后，又创作了篇幅与规模更大的组诗《黄河大合唱》。《黄河大合唱》共有八个乐章，分别是：《黄河船夫曲》《黄河颂》《黄河之水天上来》《黄河对口曲》《黄水谣》《黄河怨》《保卫黄河》《怒吼吧，黄河》。诗中雄奇的想像与现实图景交织在一起，组成一幅壮阔的历史画卷，歌唱苦难与抗争，刻画黄河的形象，反映中华民族英雄儿女抗战的真实场面。经冼星海谱曲后风行全国。冼星海称赞它“充满美，充满写实、愤恨、悲壮的情绪，使一般没有渡过黄河的人和到过黄河的人都有一种同感。在歌词本身已尽量描写出数千年来伟大的黄河的历史了”。

光未然的著作有论文集《戏剧的现实主义问题》（1957）、《文艺辩论集》（1958）、《风雨文谈》（1982）。中华人民共和国成立以来，光未然出版的诗集有《五月花》（1960），共收录了作者解放前后的代表作30余首，其中包括长诗《屈原》、组诗歌词《黄河大合唱》《三门峡大合唱》等名篇。未入集的作品尚有政治抒情诗《革命人民的盛大节日》《惊心动魄的一九七六年》，以及长篇叙事诗《英雄钻井队》等。歌词《五月的鲜花》，组诗歌词《黄河大合唱》，论文集《风雨文谈》《青春文谈》《光未然戏剧文选》《江海日记》《向阳日记》《文坛回春纪事》《光未然诗存》和一部诗歌集，论文《新时期社会主义文学在阔步前进》等。光未然1940年在重庆从事文艺活动，创作长篇叙事诗《屈原》，在白色恐怖下用诗的形式曲折地表达了人民群众坚持抗战、反对投降、反对分裂、反对倒退的强烈要求。“皖南事变”后他被迫出走缅甸，团结华侨文化界和华侨青年从事反法西斯的文化活动。1942年回到云南，1943年3月到1944年9月，根据流传的民歌编写了长篇叙事诗《阿细人的歌》，同时创作了抒情长诗《绿色的伊拉瓦底》。1984年被选为中国作家协会副主席。1984年12月30日，他在中国作家协会第四次会员大会上做了题为《社会主义文学在阔步前进》的会议主旨报告。著有论文集《戏剧的现实主义问题》（1957）、《文艺辩论集》（1958）、《风雨文谈》（1982）。

2019年6月，《黄河大合唱》入选中宣部“庆祝中华人民共和国成立70周年优秀歌曲100首”。