1938年7月22日，日军华中派遣军以十四个师团的部队开始武汉大规模的作战。在湖南衡山召开的南岳军事会议上，蒋介石在斥责并惩处王陵基、孙桐萱等将领时，高度赞扬了十八军十一师等部队，特别表彰了叶佩高本人，同年11月，叶佩高代理师长职务，并于1939年初成为蒋介石亲自选定的继陈诚之后十一师第六任中将师长。

由于叶佩高并不是出身于黄埔军校的学生，他的接任受到了许多在11师出身黄埔的嫡系军官的抵制。这些反对声浪使得18军的老长官陈诚也无法维护叶佩高的地位，终于迫使他于1940年4月离开了11师这支队伍。

就在叶佩高处于其军旅生涯的最低谷时，他于6个月后，即1940年10月初，收到了一封其挚友黄维将军的来信，希望叶佩高能出任54军参谋长一职，辅佐黄维。在经过调职申请后立即奔赴云南上任。1942年11月，黄维便推荐了叶佩高参谋长继任第198师师长，使他重又执掌军权。

由于日军侵犯云南滇西边境，怒江以西的大片国土落入敌手,中国抗战后方唯一的一条国际通道一一滇缅公路被彻底截断。1944年5月,为了收复滇西失土，打通西南国际运输大动脉滇缅公路，使盟国的援华物资顺利进入中国,中国远征军开始滇西反攻战。

5月11日，叶佩高率五十四军一九八师渡过怒江向海拔4000多米高的高黎贡山进发。一九八师在滇西的第一仗是负责对高黎贡山灰坡、北斋公房的日军据点发起攻击，经数天战斗，一九八师损失惨重，攻击受挫，被迫停止攻势。叶佩高侦查地形，研讨战术，再次组织兵力,通过正面猛攻、侧面奇袭的方式，奋勇前进，终于将日军在贡山的重要据点北斋公房攻克。

在师主力攻占既定目标的同时，叶佩高另抽调两个营组成特遣队深入敌后,奇袭日军补给点桥头和马面关。奇袭行动打开了远征军全局胜利的契机，严重破坏了日军第五十六师团的后勤补给。

桥头报捷后，一九八师亦遭受一定损失，部队已呈疲态。然而全师在叶佩高师长的激励下，毅然放弃休整，以惊人的毅力继续向当面日军发起进攻,并于7月初进抵腾冲，加入到围攻腾冲石头城的战斗中。

叶佩高指挥一九八师先是配合友军第一一六师作战，随后又与日军在饮马河发生激战。他在日记中写到:由于腾冲城墙固若金汤,特别东西南北四个城门日军所筑堡垒工事坚固，反攻战异常艰苦，在肃清城外日军据点后,该师于8月6日炸开城墙与友军一起攻入城内。

由于城内日军火力配置复杂，进攻陷入僵局。他在经过战地侦察后认为，腾冲城西北两面地形开阔不宜强攻，遂于8月15日请示上级改变部署，以该师对城南发起攻击。此举收到了极大效果，迅速将城内日军压缩至城西北、东北地区。此后，叶佩高率领一九八师官兵在城内与日军血战40余天，经过反复争夺、白刃肉搏，终于在9月14日会同友军将城内日军全部歼灭。

叶将军在率领所部参加滇西反攻的4个多月中，屡立战功，为远征军与驻印军胜利会师创造有利条件。叶将军不仅被升为54军副军长，且获得美国总统杜鲁门的勋章，远征军司令长官卫立煌也提请军委会颁发青天白日勋章与叶将军。

1945年8月，日本天皇宣告无条件投降后，国民党粤桂闽区接收日军物资管理委员会主任郑硕派部属叶佩高来琼主持接收，并成立了广东省政府琼崖办公处，由叶佩高等人组成军管人员。

1946年春，解放战争爆发，其中尤以山东战场之战事最为激烈。此时，叶佩高率领国民党54军由广州开赴山东，1947年7月，叶改任整编第54师副师长。

1948年整54师移防青岛后，由于与司令官刘安祺产生矛盾，叶对前途深感绝望，于是在1948年10月提请辞职，后前往南京改任国防部中将部员，每天无事可做，只领干饷。不久他移居上海。

上海解放前夕，他举家迁往台湾，仍以部员的虚职挂名，终于在1965年宣布退役。

1968年，叶佩高携眷移居美国新泽西。

1987年8月31日，叶佩高在其次子叶湘涛家中病逝，享年86岁。