抗日战争后期其主要编组如下：设局长、副局长各一人，均为中将级；其下设二室、八处：秘书室，设主任秘书，少将级，主持军统局日常事务。下设两科（后又扩大为两组，组下设科），分管译电和文书等业务。机要室，设秘书、译电员数人，由局长自己掌握，处理机要文件电报。第一处，掌管军事情报，设军事情报、军运、策反、国际情报、谍报参谋管理五科；第二处，掌管党政情报；设党政、侦防、航检、中共四科；第三处，掌理特务行动，设行动、警稽、司法等科；第四处，掌管通讯、机务、工务、考核四科；第五处，掌管司法，设审讯、管狱两科；第六处，掌管人事，设人事行政、考核、编制三科及卡片室；第七处，掌管经理，设统计、审计、预算、财务四科及出纳股；第八处，掌管总务，设庶务、管理、交通三科。处设处长，为少将级；科设科长为上校级；科员为中校以下军官或佐属。此外，陆续增设的有训练处，掌管数十个特务训练班的训练；警务处，控制与军统有关的警察部门及各地稽察处。抗战胜利时，又设布置处，掌管对日军占领区的特务联系、布置工作。