1938 年10 月下旬，武汉三镇沦陷。驻武昌的军统局机关奉命和滞留在武汉的各中央机关一起，西迁重庆。军统利用原在重庆的特务组织，捷足先登，首先抢到观音岩下罗家湾的警察训练所，共有1 座3 层、1 座2 层的旧式楼房，另有一片大大小小的平房，作为军统局的临时办公处；然后又把隔壁重庆市警察局游民习艺所占了过来，与四川军阀杨森在中二路的“渝舍”
成为邻居；不久，又强迫买下局本部大院对门的枣子岚垭“漱庐”的3 层楼花园洋房作为军统接待室，一楼辟为一般大特务接待客人的地方，二楼作为戴笠接待客人的地方，三楼是一些军统大特务中午和晚上临时休息的卧室。
以后，戴笠看中隔壁罗家湾19 号的花园公馆，又强购下来。这样，罗家湾成为一个庞大的军统办公和宿舍区，占地达200 亩左右。在此基础上，戴笠利用特工的特权，不断扩大地盘，强抢强购。抢到曾家岩50 号房屋作戴公馆；抢到磁器口缫丝厂数十间老式平房作军统办事处；抢到磁器口对面山上的破庙五灵观作立人小学；抢到白公馆、松林坡、杨家山、钟家山、余家院子、渣滓洞等处的大片地皮，以后成为中美合作所的所在地。
戴笠在重庆安营后，便着手整理内部。因军统局五月份在武昌成立时，由于战事关系，内部的组织和人事机构均未作大的调整。这次戴笠将内部科、股逐次升格为处、科，并新设许多处、室、科、股，大量扩充人员。从戴笠建立特务处以来，其内部机构的变化从没有停止过。建立军统局后，内部机构的变化更为频繁，有时快得连人事处跟着更改名字都来不及。这是因为军统是一个特殊机构，不受军委会编制部门的约束，况且戴笠生性多变，一个念头闪过，马上付诸实施，从不肯受任何清规戒律约束。蒋介石对军统的原则是只过问局级人事和编制情况，对局以下的机构、人事全权交给戴笠处理。
因而，军统内勤要增一处一室、外勤要设一区一站，只要戴笠决定之后，马上就可以实行，完全不须向蒋介石或军委会请示报告。所需经费除军委会按核定编制拨发部分外，绝大部分都是由蒋介石按年度统一从特别费项目下补助。抗战中期以后，由于军统组织极度膨胀，所需经费十分巨大，蒋介石的年度巨额补助亦不能解决问题，戴笠就自己多方面开辟财源进行解决。
军统扩建之初，戴笠首先把书记室升格为秘书室，秘书室内初设文书科和译电科，后因业务大量增加，这两个科又分别扩充为文书组和机要组，组内再设科。秘书室由主任秘书主持工作，但因主任秘书郑介民不肯到职，故军统局仍保留特务处时期的书记长一职，主持内勤业务，大特务唐纵、张严佛、周伟龙、吴赓恕都在这个时期担任过书记长。结果弄得不但许多外勤特务不清楚书记长之上还有一个主任秘书郑介民，就是许多内勤特务也不清楚。戴笠是个细心之人，感到这样下去，一旦蒋介石查问起来，容易引起他的猜忌心理，郑介民也可以借口推脱。于是决定将书记长一职撤销，改设代理主任秘书一职，主持内勤业务。
秘书室以下的各处，习惯上按序号排列。初设一、二、三、四处，后来发展到八大处。
一处，即军事情报处，由特务处时期的情报科升格而成。与特务处时期有所区别的是，它不是按地区而是按业务分工设置内部科室。先后设有军事情报科、军运科、策反科、谍参科和国际科。处长先后由大特务杨继荣、鲍志鸿担任。
二处，即党政情报处，由特务处后期设立的党政科升格而成。下设党政科、侦防科、航检科、中共科和经济科。处长先后由大特务何芝园、王新衡等人担任。二处的核心是中共科。这是在国共二次合作以后新成立的一个科，任务是集中处理有关中共的问题。二处的经济科是一个权力极大的科室。第一任科长是德国经济学博士费同泽，但因费与副科长、颇有才华的日本经济学家邓葆光不和，科长一职被撤，由邓接任。邓同时兼任军统经济研究室副主任，并以局本部名义直接指挥财政部缉私处、货运管理局、国家总动员会议经济检查组领导的各地经济检查队，权力之大，令人侧目。
三处，即行动处，由特务处行动科升格而成。下设行动科、警稽科和司法科。不久，戴笠又将警稽科、司法科从三处中划出，成立警务处、司法处。
行动处主管军统行动工作，领导全国各地的行动总队、大队、队、组等近80多个，并负责指导军统特务团和蒋介石侍从室特别警卫组的任务。处长先后由大特务余铎、徐业道、阮清源等人担任。
四处，即电讯处，由特务处电讯科升格而成。下设通讯科、机务科、工务科、考核科、电监科，并单独设有一个人事科，负责管理该处的电讯人员。
由于该处工作的特殊性，戴笠将其安排在重庆马鞍山独立办公，与军统局各大处分开活动。处长魏大铭，是特务处时期的“老军统”，著名的电讯专家，同时主管规模庞大的军委会技术研究室。
五处，即司法处，下设审讯科和狱管科。处长先后由徐业道、沈维翰、李希成等大特务担任。
六处，即人事处，由军统人事室扩充而成。下设人事行政科、考铨科、福利科及卡片室。处长由李肖白、龚仙舫等大特务担任。
七处，即经理处，由军统会计室扩充而成。下设综计科、审计科、预算科、财务科及现金出纳股。处长徐人骥是蒋介石“钦定”的，他是协助戴笠、郑介民筹建特务处的元老，又负有从财务上监视戴笠活动的任务，故戴笠非但不敢搬动他的位置，平时在工作中也要敬让三分。
八处，即总务处，由军统总务科扩充而成。下设庶务科、管理科、交通科，并领导汽车大队、电话队、农场、官兵消费合作社。处长沈醉，是军统最年轻的处级大特务，平时吃戴笠的“大菜”最多，同时又被戴笠称为军统的总务专家。
军统后期成立的还有训练处、警务处和布置处。训练处由军统训练科扩充而成，任务是对军统的数十个训练班进行督训。处长郑锡麟是“十人团”
成员，被称为军统的“训练专家”。其后由军统老特务廖华平担任处长。训练处同时主编军统内部发行的月刊《家风》，领导军统外围组织“抗日锄奸团”。《家风》创刊于1938 年5 月，初名《半月时评》，这是戴笠用以控制军统内部思想的刊物。“抗日锄奸团”原由华北等地的爱国青年学生自发组成，后被戴笠发现并掌握，因而逐渐改变性质。警务处主管各地的警察机构与稽查机构。布置处是军统成立的最后一个处，任务是布置对沦陷区的潜伏和策反工作。处长马汉三，是一位野心极大的高级特务。
军统局内部比处略小一点的是各室和委员会等机构。督察室的任务与特务处时期无大的区别，值得注意的是戴笠在军统局督察室内新增设了一个防奸股，专门监视在军统内部的中共叛徒，并防范中共派人打入军统活动。该股手拿戴笠赐予的“尚方宝剑”，发现有嫌疑人物，有权先行扣押，再审讯调查。特种政治问题研究室是特为张国焘而设的机构。特种技术研究室是专门研究如何杀人放火、行凶破坏等方面的专业技术机构。经济研究室主要研究有关破坏、扰乱沦陷区经济以及军统自身如何缉私、走私等方面问题的专门机构。总稽核室是军统的经济审计和监督机构。机要室（译电室）原隶属于秘书室，后由戴笠提升为处级机构，主任由军统唯一的女少将姜毅英担任。
军统另外设有设计委员会、策反委员会、惩戒委员会、考核委员会、财产清理委员会等专门委员会以及中山活动室、“四一”医院、神仙洞招待所、印刷所、造纸厂和特务团等服务、勤务机构。重庆磁器口缫丝厂办事处是因躲避日军空袭而设立的军统乡下办事处，有内外勤兼顾的任务。
军统的外勤组织除站、组相对比较稳定以外，区及办事处一类的机构变化甚多，难以确数。抗战时期，除东北以外，各省（包括西藏、西康、新疆这些偏远省份）都建立了省站。有的一省则建数站。
军统时期，海外特工机构亦逐渐建成。先后成立了美国站、伦敦站、巴黎站、菲律宾站、新加坡站、曼谷站、腊戍站、仰光站、印度站（辖德里、孟买两个分站）等机构。仅在越南境内就设有7 个情报分站，并于1939 年在广西南宁设情报总站，进行领导。另外，在德国、意大利、埃及、日本及其它西北欧、东南亚等国设有特工组或直属通讯员，其组织几乎遍及全球。
军统掌握的公开机关可谓多如牛毛，比较有影响的计有委员长侍从室第二处第六组、侍从室特别警卫组、军令部第二厅、军委会特种邮电检查处、军委会水陆交通统一检查处、财政部缉私署、直接税署、货运管理局、内政部警政司、各大城市警察局、外交部护照科、驻各国武官处、陆军总司令部以及各战区和集团军调查室、三军谍报参谋处室、各大城市及各地警备司令部稽查处、航空委员会政治部调查室等等。
在过去特务处的各个时期，戴笠对手下的特工人数都有确切的记录，从1932 年4 月1 日前的10 个人，到1937 年7 月“七七事变”发生，人数已达3600 人。但后来因军统扩展太快，几至膨胀的程度，其在抗战各个时期的确切人数，根本无法掌握。粗略估计，军统在全盛时期的内外勤人数约5 万人，军统掌握的各种特务武装约20 万人，通过军统策反掌握的伪军力量约80 万人；三部分力量合计100 余万人。尤其前两部分力量的组织之严密、调动之灵活，超过了任何一支国民党军队。戴笠拥有的强大实力超过了使蒋介石放心的程度，这是后话，暂且不提。