Sau Hiệp định Genève, 1954, ông được lệnh bí mật ở lại Sài Gòn hoạt động, xây dựng vỏ bọc.

Để tạo thế hoạt động hợp pháp, tổ chức đã sắp xếp cuộc hôn nhân của ông với bà Phạm Thị Phan Chính (tức Phạm Thị Chinh, là đảng viên, hi sinh cuối năm 1964, được Nhà nước công nhận liệt sĩ). Từ thế danh gia vọng tộc từ gia đình vợ, ông Lai đã vươn lên trở thành nhà thầu khoán, có vai vế trong giới tư sản Sài Gòn, từ đó có cái tên Mai Hồng Quế.

Ông được chọn là một trong những nhà thầu chuyên trang trí nội thất cho Phủ Đầu Rồng (tức Dinh Độc Lập) rồi len lỏi vào các tổ chức như: cơ quan viện trợ USOM của Mỹ, tòa đại sứ Mỹ…

Cũng trong giai đoạn này, ông được lệnh của Quân khu xây dựng hầm bí mật để cất giấu vũ khí tại nội thành, xây dựng chỗ trú ém, bảo vệ cán bộ ra, vào hoạt động tại chiến trường Sài Gòn.

Chính vì có những đặc quyền từ Dinh Độc Lập mà ông Lai đã có những chuyến hàng đóng vai hợp pháp để chuyển những tài liệu giá trị như: bản đồ các mục tiêu bảo vệ trong Dinh Độc Lập, bản đồ hệ thống cống ngầm Sài Gòn, chuyển nhu yếu phẩm, tiền vàng ra Quân khu… phục vụ cho cuộc chiến lâu dài.

Ban ngày, ông đóng vai nhà tư sản Mai Hồng Quế để nắm tình hình các mục tiêu. Ban đêm, một mình ông đào hầm ngầm…ở nhiều căn nhà do ông đứng tên trong nội đô Sài Gòn.

Sau Tết Mậu Thân, thân thế về nhà tư sản Mai Hồng Quế bị lộ là cộng sản nằm vùng. Lúc bấy giờ toàn bộ nhà cửa của gia đình bị tịch thu, ông phải bỏ trốn.

Chính quyền Sài Gòn truy nã gắt gao, treo thưởng một triệu đồng, nếu ai bắt giữ hoặc có thông tin về ông. Trong hành trình lẩn trốn, có lúc ông giả như người điên.

Giai đoạn năm 1970 - 1974, ông hai lần bị địch bắt và tra tấn; nhưng trước thái độ kiên trung của ông, chúng không khai thác được gì. Dù ông được phóng thích, nhưng chính quyền Sài Gòn theo dõi nhất cử nhất động của ông.