1938年11月，岳州失守，日军逼近长沙外围。12日上午9时，张治中接到蒋介石电示：“长沙如失陷，务将全城焚毁。”在“焦土抗战”的错误政策下，造成了举国震惊的“长沙大火”，大火延烧了三天三夜，造成了灾难性损失。张治中也受到革职留任的处分。处理完善后，他辞去湖南省主席职务，前往重庆。见到蒋介石，他表示想做一短时间休息。蒋没有同意，说：“还是要做工作嘛！”到第三天，蒋约他吃饭。
张治中看了看周围，在座的约有20位客人，都是党政军高级干部。而他的座位却摆在首席。心中更是不安：我是解职之人，为何受此优待？莫非蒋也认为我不该受此处分……他毫无滋味地吃完饭，客人要告辞时，蒋介石把他留了下来。
蒋介石征询他的意见：“你愿意担任中央党部训练委员会的主任委员，还是愿意担任侍从室主任，愿意做哪样？”
张治中毫不犹豫：“训练委员会是要多讲话的，我现在不方便讲话，我愿意到侍从室服务。”
蒋介石很高兴，连说：“那好，很好！”
于是，1939年3月16日，张治中就任侍从室第一处主任，主管军事。
侍从室除了帮助蒋介石料理案牍，陪见宾客，以及随蒋出发各地，还负有保卫蒋介石安全之责。这是由一个警卫大队和着便服的侍卫官和卫士组成的机构。这些人员都被列入侍一处第三组的编制内。侍从室自1936年改组后，由钱大钧担任侍卫长，它的规模不算很大，但地位已凌驾于国民党政府各部门之上，蒋介石的统治权力更为集中，已经基本上形成蒋家王朝独裁统治的“内廷”了。到张治中，侍从室一处主任已由钱大钧和林蔚相继担任过，他算第三任。（张治中之后，第四任是贺耀组；第五任是林蔚；第六任是钱大钧；第七任是商震，侍从室到1945年11月底被撤销了。）在钱大钧任上，他与何应钦、顾祝同、蒋鼎文等都比较接近；同桂系的关系也不即不离。陈诚同钱大钧虽有师生之谊，但由于陈对钱大钧虽表面尊敬，却暗中排挤他。钱大钧为人圆滑，但胸无城府，性情偏激。他对上级恭顺，然在同寅之间，却易发生龃龉。有时，他对某些黄埔学生也假以辞色，因而在统治集团中嫉恨他的人渐多，在蒋介石面前，他的政治地位也不那么稳固了。
张治中上任后，对蒋介石忠心耿耿，尽职尽力，很得蒋的赏识。
昆仑关战役后，张治中陪蒋到桂林。为了整饬军纪，他约桂林行营主任白崇禧、政治部长陈诚、参谋长林蔚等，开了一个小组会议，说服白、陈以身作则，厉行赏罚，从行营主任、政治部长自请降级起，依次处分了一大批将领。他把处分拟完后，面呈蒋介石。蒋大为动容，说：“很好。”又问：“怎么来的？”
张治中回答：“昨晚我们四个人商量，非严明赏罚不可！要严明赏罚，非从上面做起不可！所以先从行营主任、部长降级。”第二天，到柳州开军事会议，会议开幕前，蒋便照张等拟的，当场正式宣布。自此项命令颁布后，士气为之一振。
为使高级干部之间保持协调，张治中也费了很多心力。有一次，为解决四川方面的问题，蒋要何应钦总长到成都去料理，何不愿去。蒋不悦，同张治中说：“你告诉何部长，一个军政部长为什么这样胆小？他不敢去，我去！”
张治中马上劝解：“委员长不必生气，我一定劝何总长去，我有法子让他去。”
蒋介石疑疑惑惑地望了一眼张治中。张治中出来之后，就往见何应钦，劝道：“你如果不去，谁能够去料理呢？假使你不去，委员长要自己去，你也不好意思，对吧？”
何应钦想想也是这个理，便答应了。
第二天，蒋介石追问张治中：“怎么样，何部长去不去？”
“去呀。”张治中回答得很爽快。蒋介石忙问：“你同他怎么讲的？”
张治中把前面的话学说了一遍，最后一句是：“我同他说，我们干部一定要为领袖分忧分劳。”蒋介石颔首连说好。
滇缅公路通车后，在“运输第一”的口号下，蒋介石要自兼运输统制局局长，并在成立运输统制局的签呈上，写了“自兼”两个大字，等于下了一道手令。张治中觉得领袖兼这样一个职务，实在不合适，就又去找何应钦，对他说：“应该请你兼，若是由委员长兼，不成体统。”何应钦没有多想，兼就兼吧。张治中就自作主张写了一个签，提出由何兼之。蒋介石看了签呈，又在上面批了一个更大的“可”字。谁知这件事倒给何应钦惹了麻烦。这个运输统制局成立后，流弊百出，怨声载道，“屎盆子”扣到了何应钦的头上。何应钦是个能忍则忍的人，直到这个局撤销，何应钦才倒出苦衷：“本来，这个运输统制局，是张治中主任以大义责我，要我来担任的，因为如果我不做，委员长就会自兼，那就不大合适。但我做了以后，成绩不好，真是很惭愧！”这个话只有张治中最能听出弦外之音。
蒋介石的个性很强，往往对一件事会有自己的成见，所以一般人轻易不敢直言。张治中敢于直言又经常被采纳，是蒋介石看出了张治中的一片忠诚。张治中陪蒋介石到了柳州，然后随蒋从桂林坐火车去开会，于早8时抵达，住羊角山。到11时，忽来警报，但接着没了消息。张陪蒋吃午饭，吃完了，也没有听到情报，张觉得有些蹊跷。蒋躺下休息了。张治中从楼上下来，刚把上衣脱了，忽又想起：何不打一个电话问问防空司令部呢？他刚把话筒拿到手，就听得一片嗡嗡的声音，敌机袭来了！他急忙穿上衣服，叫副官速请蒋下楼。这时，敌机业已临头，张治中一看周围也没有好的防空洞，只有一个一丈多高、一丈多深的天然石洞，便招呼蒋进去躲避。抬头一看：敌机共五六十架，九架一批，分批来袭，集中投弹，数百枚炸弹落下，爆炸声震耳欲聋，洞内泥土被气浪推得翻滚，硝烟弥漫。张治中与蒋介石坐在里面，躺在地下的随从人员，一个个都被泥土掩蔽了。张治中判定，一定是因为他们的行止被敌特探听到了，才来轰炸的。他庆幸敌机没有炸火车，如果那样就更险了。随从副官也在说：这一次比前一次在武昌省政府防空洞所受的敌机威胁更厉害。
大轰炸之后，蒋介石从石洞里站起来，拍拍身上的灰，扭头看了一眼张治中，又去主持军事会议去了。
张治中为蒋想得很周到。他想在重庆郊外盖一栋房子，以备蒋在城中的官邸万一被炸时好用。有一天，随便谈起这件事，蒋很有兴趣，问：“预备在什么地方盖？一同去看看吧。”
于是两人同车前往。蒋看了觉得还合心意，就说：“多盖几栋小房子，可以请老先生们来住。”此处林木葱郁，曲径通幽。蒋介石一时兴起，叫人搬出熟食菜点，吃起野餐来了。可是过了几天，张治中忽然接到一张手条：“老鹰岩房子，不盖可也。”但工程已经动土，他找何应钦商量，还是把它盖好了。蒋也并未说什么，不过为着敬老尊贤，以后让给林森主席住了。
蒋对张治中越来越放心，放手让他去处理一切事务。关于军事方面的人事问题，按惯例，凡是团长以上、特种兵在营长以上的任免，必须经委员长核准。张治中做主，和何应钦商量决定，凡是由铨叙厅报上来的，他只把少将以上的呈上候批，其他的，都由张批上“奉谕照准”，再签上自己的名字。这种处置，对蒋的职权也顾到，同时又减轻了蒋的负担。还有一次出去，有四个人坐一辆军用三轮车，内有一人是着便服的，被蒋看见，他当即命令：“把那个人抓来！”侍从副官奉命去办了，回来报告经过，蒋当即批示：将那个搭三轮车的人枪毙！副官看了，吓了一跳：为这点小事至于枪毙吗？他急着来找张治中。张治中看了批示，说：“我负责任，把这张批示交给我吧。”张就在原批示后面又写了一行字：此人有无死罪，应交军法执行总监部依法审讯。同时，张治中电告军法总监：“这不过是委员长认为一辆三轮车不能坐四个人，搭车的又是老百姓，一时动了气，并非了不得的事，顶多问问，关几天也就够了。有什么事我负责任。”到第三天，宋美龄忽然请张治中去，一见就问：“文白兄，听说委员长要枪毙一个人，这个人是遗族学校的学生，并没有犯罪呀！你想想办法，好吧？”张治中笑着把办理经过说给她听，宋美龄也满意地笑了。
张治中胆子也是越来越大。在一次军事汇报会上，张治中痛切地指陈各方面的高级干部思想保守，惮于改革，不求进步，充满了畏难苟安的习气，毫无创造进取的精神，一天天腐败下去，认为如此下去，前途不堪设想。言辞激烈、尖刻，举座为之瞠目。蒋介石也认为他说得过分了，皱着眉头赌起气来：“大家都这样，我有什么办法？我只有一个人，决心累死算了！”
会后，何应钦对张治中说：“文白先生，你何必说这样多？”
张治中没有何应钦那样的涵养，仍是直来直去：“我实在忍不住了，不能不说。”