Sau khi cuộc khởi nghĩa tại Đà Lạt hoàn thành, Ủy ban nhân dân cách mạng lâm thời tỉnh Lâm Viên được thành lập, do ông Phan Đức Huy làm Chủ tịch, ông Đinh Quế làm Phó chủ tịch. Nghiêm Nghị được phân công làm Ủy viên Quân sự.[4][8][9]

Ngày 23 tháng 9 năm 1945, liên quân Anh - Pháp nổ súng tái chiếm Sài Gòn. Nam Bộ kháng chiến bùng nổ. Tại những vùng chưa thể điều động binh lực, tướng chỉ huy quân Anh - Pháp là Douglas Gracey ra lệnh cho các đơn vị lính Nhật chưa bị giải giáp phải giữ gìn trật tự và giải tán các đơn vị vũ trang của người Việt. Trên cương vị là Ủy viên quân sự, từ ngày 30 tháng 10 năm 1945, Nghiêm Nghị đã chỉ huy các đơn vị vũ trang tại Đà Lạt chống trả các cuộc hành binh của quân Nhật vào Đà Lạt để tiếp viện và giải tán chính quyền lâm thời của người Việt.[5] Tuy nhiên, do thế lực quá chênh lệch, đến ngày 15 tháng 11, quân Nhật đã tiến quân vào được Đà Lạt, giải tán và bắt giữ một số yếu nhân của chính quyền lâm thời.[10] Riêng ông thoát được và tập hợp các đơn vị còn lại, tổ chức một đơn vị vũ trang thống nhất, tiếp tục chiến đấu. Để tránh liên lụy đến gia đình, bấy giờ vẫn còn kẹt lại Đà Lạt, ông lấy tên mới là Nguyễn Chí Điềm. Vì vậy, đơn vị vũ trang của ông cũng được gọi là Bộ đội Nguyễn Chí Điềm.

Tuy nhiên, đến ngày 27 tháng 1 năm 1946, quân Pháp tiến quân tái chiếm 2 tỉnh Lâm Viên và Đồng Nai Thượng. Do sức chiến đấu quá chênh lệch, các tuyến phòng thủ của người Việt đều bị phá vỡ.[11] Sau thất bại này, ông được Trung ương rút ra Hà Nội để nhận công tác khác.[5]

Ông được kết nạp vào Đảng Cộng sản Đông Dương (bấy giờ hoạt động bí mật) năm 1948, sau đó, ông được điều trở lại vào vùng Bình Thuận chiến đấu. Tại đây, ông lần lượt giữ các chức vụ Tỉnh đội trưởng Bình Thuận, Trung đoàn trưởng Trung đoàn 812 trong khoảng thời gian 1950-1954. Cũng trong thời gian này, ông lần đầu được tiếp xúc với các kỹ thuật chiến đấu đặc công và thực hành tổ chức chiến đấu thực tế trong một số trận đánh bằng chiến thuật đặc công ở Bình Thuận.[12][13]