1937年7月抗日战争爆发，为避日寇空袭，第一师范于1938年2月迁往湘乡办学。是年夏，附小也随之迁湘乡。由于当时上拨经费不足，附小全体教职员自动捐薪一月补助迁校费用，经过附小同仁的努力，将学校所有各项教具二千四百余件，图书七千八百多部，仪器标本一千三百多种，以及80人用的学生寄宿设备全部运到了湘乡县娄底镇，避免了一场损失。
附小迁到湘乡后，设本校于娄底涟碧书院，并在师范部所在地西阳塅蓬嘉台附近的杨家祠堂开办一所分校。1939年2月，西阳分校随师范部迁往安化桥头河，设在观澜书院。
1944年夏，附小本校也迁往桥头河温塘，仍分两处办学。全校共14个班，在校学生550人左右，教职员33人。课程仍按迁校前安排，但因战时教材供应困难，各科大多是自行编选油印教材。教学仍采用“设计教学”和“道尔顿制”，对待教学工作仍如迁校前那样严谨认真，“虽因环境险恶，然本校迄未稍辍”，教学秩序井然。
这一时期的训育目标是：“根据部颁小学训育标准，训练儿童以养成奉行三民主义的健全公民”。在训育工作上，学校仍然坚持迁校前采用的“多用积极训导、少用消极训导”“个别训导与团体训导并用”“学校训导与家庭训导并用”等原则；在实施中，继续强调和坚持学生的自治活动，并加强抗战时事教育，开展抗日宣传、救济难童、防空演习等活动。
抗战胜利后，附小随师范在1946年春季迁回长沙。附小本校暂在北门大王家巷借址办学，1949年7月才迁回中山路原址。附小分校则一直随师范部设在河西左家垅。当时国民党政府积极准备发动内战，政治腐败，经济萧条，办学条件极为困难。经过教职员工的努力，附小于1946年下期即招生开学，本校开始有6个班，后扩至12个班；分校一直保持4个班。
后来，共产党的政治影响深入人心。1948年，附小教师中有的成了地下党领导的“读书会”中的积极分子，更多的教师参加了地下党领导的进步团体“长沙市小学教师互助会”的活动。他们在中共地下党小教支部的领导下，积极开展政治宣传教育，组织师生学习时事，使广大师生认清了形势，鼓起了斗志，积极投入到解放前夕的护校斗争和迎解工作中去。
民国时期即从1912年上期至1949年上期，附小共毕业17个班，毕业学生共1998人。
