Nhận nhiệm kỳ từ 20/7 và kết thúc khi Cách mạng tháng 8 bùng nổ, ông là Đô trưởng (Đốc lý) đầu tiên và duy nhất của thành phố Hà Nội trong chính phủ Trần Trọng Kim. Nhưng trong một tháng cầm quyền ngắn ngủi đó, ông đã làm được hai công việc vĩ đại là dùng tiếng Việt làm ngôn ngữ hành chính và thay tên cho hầu hết các địa danh ở Hà Nội.

Việc đầu tiên mà ông làm là cho giật đổ hầu hết tượng mà thực dân Pháp đã dựng ở Hà Nội: Tượng bà đầm xòe ở vườn hoa Cửa Nam; tượng Sĩ Công Nông Thương ở vườn hoa Canh Nông (nay là vườn hoa Lê-Nin); tượng Toàn quyền Paul Bert ở vườn hoa Paul Bert (nay là vườn hoa Lý Thái Tổ). Việc làm của ông đã được người Hà Nội yêu nước nhiệt tình hưởng ứng.

Tiếp đó ông còn tiến hành đổi một loạt tên phố Hà Nội, làm một cuộc thay máu thật sự, để trả lại cho các địa danh Hà Nội những giá trị lịch sử vốn có. Trước đó các phố Hà Nội đều mang tên Tây hoặc những người Việt có công với Tây. Nhưng khi lên cầm quyền, ông đã đổi hết toàn bộ. Đại lộ Boulevard Carnot được đổi lại thành Phan Đình Phùng, Boulevard Gambetta được đổi lại thành Trần Hưng Đạo, Henri D’ Orleans thành Phùng Hưng, F.Ganier thành Đinh Tiên Hoàng. Riêng các con phố trong khu phố cổ mà tên tuổi gắn liền với các làng nghề đất kinh kỳ, đều được ông trả lại tên cũ. Những Rue de Lasoire, Rue Paul Bert, Rue des Cantomas đều trở lại thành Hàng Đào, Hàng Khay, Hàng Ngang một thuở.

Ông là người rất say mê lịch sử dân tộc và dành sự ngưỡng mộ đặc biệt với các anh hùng có công trong sự nghiệp đấu tranh giải phóng dân tộc. Chính vì vậy, tất cả các danh nhân mà ông biết, ông đều đặt tên phố: từ Ngô Quyền, đến Lý Thường Kiệt, Trần Hưng Đạo, Bùi Thị Xuân, Hoàng Hoa Thám, Nguyễn Thái Học…

Tầm nhìn của Trần Văn Lai đáng nể ở chỗ, những tên phố Hà Nội không lộn xộn như ở các thành phố khác mà đều được đặt một cách có hệ thống. Khu trung tâm quanh hồ Gươm là tên các vị vua Đinh, Lý, Lê. Xa hơn về phía đường Trần Hưng Đạo là khu vực của các danh tướng thời Trần. Ngay cả ngõ Tức Mạc (nằm trên đường Hưng Đạo, trước là ngõ Tân Hưng) cũng là lấy tên theo quê quán của dòng họ Trần. Dọc sông Hồng, thì những Vạn Kiếp, Bình Than, Trần Quang Khải, Trần Nhật Duật đều là tên của những vị tướng và những trận thủy chiến nổi tiếng trong lịch sử.[2]