3月4日,上海正式停戰。5月5日,國民黨政府與日寇簽訂“上海停戰協定”。規定:上海戰事結束後,在停戰區內,中國軍隊全部撤離,治安則由保安團及警察維持。由是憲兵第6團改編爲上海市保安總團第2團,衛戍上海市中心區,齊學啓仍任團長。1937年8月13日,日寇再犯上海,齊學啓率部參加了戰鬥。次年,調任稅警總團參謀長。
1942年春,稅警總團改編爲新38師,該師師長即是孫立人,齊學啓調升副師長兼政治部主任。奉命自滇入緬,協助盟軍作戰。4月16日晚,英軍第1師及戰車營在仁安羌地區被穿插的日軍切斷後路包圍在馬圭至仁安羌油田區之間的公路上,彈盡糧絕,岌岌可危,英軍第1師師長斯高特一再告急求援,中國遠征軍奉命援救英軍。當時,遠征軍新38師駐紮在巧克伯當,接到命令後,該師第113團星夜馳援,向日軍展開猛烈的攻擊,將其擊潰,把被圍英軍數千人從危難中解救出來,此役轟動了英倫三島,取得了中國遠征軍入緬以來的一次重大勝利。師長孫立人、副師長齊學啓、113團團長劉放吾和各營營長,分別獲得中、英政府的嘉獎。
仁安羌戰鬥後,齊學啓帶領部隊奉命轉移至卡薩、溫早之間,與敵軍展開戰鬥,戰鬥非常激烈。齊學啓奉杜聿明軍長命令前往卡薩指揮作戰。11日,部隊從卡薩撤退,按原計劃向卡薩鐵路以西的山地轉移。此時齊學啓因赴第5軍軍部聯絡工作,與新38師部隊失去了聯繫,只得隨同第5軍軍部行動。
轉至曼西時,見有新38師在卡薩負傷的官兵十余人,他們曾隨第5軍野戰醫院前進,抵曼西時落伍,無人照管,處境十分艱難,齊學啓收容了他們,然而卻又失去了與第5軍軍部的聯繫。於是,齊學啓毅然決定,帶領這些負傷的官兵,向更的婉江之荷馬林方向前進,尋找新38師部隊。19日,他帶領十餘名輕、重傷員,抵達了孟坎。在烏有河(更的婉江上游的支流)畔,爲了減輕負傷官兵的痛苦,他砍伐竹子做了竹筏,讓全體傷員乘坐其上,順流而下。
23日在荷馬林上游.齊學啓等人遭遇日軍,在這危急時刻,他面無懼色,沈著地對負傷官兵說:“昔日成功,今日成仁,此其時矣。彈盡,各自裁。”表達了官兵們堅決不做敵寇俘虜的決心。經過激戰,十余名負傷官兵全部英勇殉國,齊學啓也中彈負傷,倒在血泊中,昏迷不省人事。日軍發現昏迷中的齊學啓爲中國軍隊的高級將官時,立刻爲其裹傷,並將他送至聯隊長處,虛禮以待。
齊學啓蘇醒過來發覺自己身陷敵營時,立即怒斥敵人,並拒絕換藥與進食,以求速死。日軍無可奈何,只得將齊學啓轉運至荷馬林旅團部。齊學啓依然大義凜然,厲聲斥責日軍旅團長說:“中國軍人,可殺不可辱,速槍斃,勿多言”。猛力向前奪刀欲自刺.並說:“求亡得仁,又何怨!”敵酋左右見狀,慌忙上前奪下佩刀。日軍旅團長亦驚呆。他萬沒有想到,中國高級將官是如此的頑強,視死如歸,於是,連忙對齊學啓表示敬意,並巧言令色,多方勸誘,皆遭到齊學啓的怒斥。日軍只得將他輾轉解送至仰光戰俘集中營服苦役。
仰光戰俘集中營,關押著許多盟軍戰俘,其中有中、美、英、印、荷、緬等國的戰俘。齊學啓來後,經常利用空餘時間,用漢、英兩種語言,給他們宣講中外歷史上忠勇之士的故事,以及中國必勝,日本必敗的道理,鼓勵他們戰勝困難,堅定必勝的信念,盟軍戰俘們都深爲齊學啓威武不能屈的精神所感動,同時也爲他的聲望所敬服。
齊學啓被俘的消息,不久便傳到了南京汪僞政府。1944年5月,南京僞政府派陸軍部長葉蓬等一行12人,前往緬甸勸降,遭到齊學啓的怒斥,葉蓬等人卻並不善罷甘休。繼而又以大量名貴的物品來利誘齊學啓,同樣遭到他的嚴拒,這樣反復曆兩月之久,高官賄賂,全無作用。葉蓬等人智盡技窮,於是便挑動中國戰俘,來發泄對齊學啓堅定不降的冤恨。
葉蓬對中國戰俘說:“你們之所以不能前往南京享受高官厚祿,全都是因爲齊副師長一人不肯與我們合作。”將矛頭直接引向齊學啓。在中國戰俘中,有少數幾個敗類,如蔡宗夫、章吉祥、王慶華等人,聽信了葉蓬等的謠言,以齊學啓一人英勇不屈,而影響他們達到喪節求榮的目的,因此,對齊學啓懷恨在心,處處與齊學啓作難,起初是不聽管教,以後則是公然反抗,並予侮辱。齊學啓則曉以大義,耐心地開導他們,不要輕信別人的謠言,對侮辱性的行爲則一忍再忍,並將勞動得來的工錢分與蔡宗夫等人。然而,蔡宗夫等人不但不聽齊學啓的善言開導,反而更加變本加厲,唆使其他中國戰俘共同反對齊學啓。
1945年四4月,日寇在緬甸北部節節敗退,日本侵略者的統治開始動搖,蔡宗夫一夥知道盟軍即將解放緬甸全境,害怕其一夥過去的所作所爲難逃法網。於是,又共同策劃了謀殺齊學啓的陰謀,開始他們企圖用毒藥暗害齊學啓,被察覺而未成功。之後,又起歹念,改爲行刺,5月9日夜,在蔡的幫助下,章吉祥乘齊學啓上廁所的機會,手執尖刀,猛力將刀刺入齊學啓的腹部,齊應聲倒地。
齊學啓被刺後,同監的英國軍醫上校主動向集中營方面請求,希望能給齊施行手術來挽救他的生命,但被日寇所拒絕,齊學啓的傷勢不斷惡化。整個集中營的戰俘們,都爲齊學啓的被刺而感到悲痛,又無法給他治療,只得每日晨起晚跪地爲齊學啓的生命祈禱。5月13日晚10時30分,齊學啓將軍飲恨辭世。齊將軍去世後,全監的各國戰俘都流著熱淚爲崛告,並索取他的遺物留作紀念。
抗戰勝利後,國民黨政府頒令褒揚他英勇不屈的事迹,並追贈爲陸軍中將。
齊學啓將軍的忠骸由雲南沾益空運長沙,公葬于嶽麓山,而謀殺齊將軍的兇犯也受到了嚴厲的懲處。馮玉祥將軍曾在詩中稱讚齊將軍“……師長齊學啓,寧死不屈世驚歎。……壯烈足稱中華魂,光輝史冊萬萬年。”