牛荫冠长大后，先在父亲办的学校读书，后来考入太原进山中学。高中毕业后，他抱着科学救国的理想，于1932年考入清华大学电机系。当年能够考入清华大学、特别是考入清华工学院者，可谓凤毛麟角。据统计，1932年清华大学录取的山西籍学生只有4人而牛荫冠就是其中的一位。可以设想，如果他能够安心读书的话，应该是中国第一代电专家。可惜他的志向不在于此，而是走了另一条路。

入学后，牛荫冠很快就参加了**外围组织社会科学家联盟（简称“社联”），开始从事**活动。为此，他感到精力有限，难以应付繁重的学习任务。经过长期考虑，他决定转到经济系。对于这件事，他后来是这些说的：“我在生活道路的十字路口开始思考起来，差不多经过两个多月的思想斗争，我终于彻底认识到了改造社会乃是当时的第一重任。于是我抛弃了出国留学的机会，置个人成名于不顾，毅然弃工从文，转到了经济系学习。”

1935年秋，牛荫冠参加了北平学生赈济联合会组织的赴山东赈灾活动。“一二•九”运动时，北平学生赈济联合会改组为北平学联，牛荫冠也投入轰轰烈烈的“一二•九”运动，并加入中国**及其外围组织中华民族解放先锋队（简称“民先”）。随后，牛荫冠担任清华大学党支部组织委员，不久又接替蒋南翔任**清华大学地下党支部书记。此外，他还担任过北平西郊区委组织委员、北平市委组织部干事。当年牛荫冠非常活跃，，大家都叫他“牛头”

在牛荫冠的主持下，牺盟会发展很快。据统计，到1939年5月，其成员达到89万人，再加上其下属组织工人、农民、青年、妇女等救国会会员，总人数达到300万，占山西全省人口的四分之一左右。此外，在太原失守前，阎锡山还发给牺盟会5000支步枪，200挺冲锋枪，牛荫冠把这些枪支分发给各县牺盟会，让他们马上成立地方武装。
1937年11月初太原失守前，牺盟总会撤往临汾。牛荫冠向阎锡山提出举办县长训练班建议，然后将牺盟会骨干派到各县担任县长。当时山西共有105个县，就有70个县换了新县长，其中绝大多数是牺盟会干部。
1938年初临汾失守后，阎锡山撤到陕西宜川，牺盟总会提出“誓死不渡黄河”、“宁在山西牺牲，不到他乡流亡”等口号。不久，安邑县牺盟会特派员兼游击支队政治部主任赵辉找到牛荫冠汇报工作，并要求解决武器弹药等问题。牛带她去见阎锡山，阎听了汇报后，答应给一批武器弹药和经费。后来这支游击队被改编为政治保卫旅的一个支队，该旅在晋西事变后纳入八路军序列。赵辉在当时名气很大，在部队改编时，赵辉被牛荫冠调到乡宁牺盟中心区工作。后来赵辉和牛荫冠结为夫妻。
1939年12月，二战区司令长官阎锡山对山西牺盟会和山西新军中党势力产生了顾忌，发动了针对**势力的“晋西事变”，采用排挤、暗杀等手段，企图削弱党在山西军政界的影响。牛荫冠作为牺盟会的总负责人，被列入暗杀的黑名单。他带领总会机关干部躲过阎锡山的暗杀，渡过黄河，绕道陕北，最后回到兴县晋绥根据地。

牛荫冠回到兴县之后，被委以重任。1940年2月，晋西北行政公署成立，牛荫冠被选举为行署副主任（主任为国民党元老、爱国将领续范亭），兼任行署党组书记，1942年，被推举为晋绥边区临时参议会副议长，兼晋绥边区贸易局长。
就在牛荫冠返回家乡之前，牺盟会在兴县已经非常活跃。他的父亲牛友兰为了支持牺盟会的工作，决定每月赠送100元大洋为活动经费。贺龙的八路军120师到达晋西北后，牛友兰听说八路军没有棉衣，还急需一批资金和粮食，便带头捐献2.3万元大洋、150石粮食和大批棉花、布匹。这些大洋成为刘少白创办兴县农民银行的主要基金（银行基金为3万元），所捐棉花、布匹，解决了八路军一个团的冬装。
牛荫冠回来后，新政权正面临严重的经济危机，牛友兰又在1940年3月主动拿出3万元（法币）,帮助他们渡过难关。1941年，边区政府在全区开展扩兵、献粮、献金、做军鞋的‘四大动员’中，牛友兰先生捐出8000银圆和125石粮食，并动员本家妇女捐献金银首饰，支援抗战。”如此数额的个人捐献，不仅在当地绝无仅有，在**历史上也不多见。

为了解决战争造成的物资紧缺状况，牛友兰早在1937年就受牺盟会委任县长张干丞的委托，筹款1万元，办起了兴县民众产销合作社和兴县纺织厂（后改为晋西北纺织厂），解决了部队和机关的被服供应。当时工人干活属于抗日救亡活动，没有报酬，牛友兰就动员自己的家属和亲戚到工厂劳动。
1941年，行署以牛先生年事已高为由，派人接替他的厂长职务，工厂产权、产品、利润也归政府所有。牛友兰离开工厂时没有索要筹建资金和任何财物。此外，他还鼓励牛家许多人参加**，侄女牛荫英、牛荫蝉因此而牺牲。 1942年牛友兰率晋西北士绅参观团赴延安访问，受到**等人接待。回来后他在《抗战日报》上撰文介绍此行印象，把延安比为“创建新中国的试验场”，把**誉为“场内的一位伟大的工程师”。他还说：“延安的新政治、新经济、新文化是促进社会进步的动力，从延安看到了中国的未来，看到了新时代的曙光。”抗战胜利后，牛友兰写过《议会的新旧对比》、《痛悼“四八”死难烈士》等诗文，还不断发表斥责国民党政权的言论。
1940年2月，晋西北行署民政处了布《减租减息办法》后，牛友兰将自家全部的地租放账等契约账簿一并销毁，减轻了兴县人民的负担” 1941年4月2日《抗战日报》刊登一篇记者采访，说牛友兰从1942年开始，就离开蔡家崖“住在×村一个破落的院子里。”为了**，为了抗战，牛友兰很早就房无一间、地无一垄了。