Sau khi Nhật đảo chính Pháp, chính phủ Trần Trọng Kim được thành lập tháng 4 năm 1945. Tháng 7 năm 1945, ông được chính phủ này bổ nhiệm làm Đốc lý Hải Phòng (tương đương Thị trưởng).

Trong Hồi ký Tôi làm Thị trưởng Hải Phòng, ông viết:"Lý do cấp bách tôi phải nhận làm Thị trưởng là sau khi Nhật đảo chính Pháp, thành phố như con ngựa đứt cương; công chức và nhân dân tụ tập, bàn tán, nghe ngóng, không ai cầm đầu. Viên lãnh sự Nhật Nô-mi chịu trách nhiệm hành chính thực ra chẳng biết làm gì, quân đội và hiến binh Nhật nắm chặt an ninh. Những tên Việt gian tống tiền; dịch vụ hốt rác đổ thùng phân trì trệ, nước, điện chập chờn… Không có người lương thiện ra nắm quyền chỉ huy thì kẻ bất lương chạy chọt sẽ nhảy vào ghế Thị trưởng để dựa vào Nhật làm hại dân. Nhất thiết tôi phải nắm ngay ghế Thị trưởng".

Với mối quan hệ cũ từ thời Mặt trận Bình dân, các cán bộ Việt Minh đã vận động ông tham gia mặt trận. Đêm 21/8/1945, Vũ Quốc Uy, cán bộ Việt Minh phụ trách Hải Phòng đến nhà ông ở số 9 ngõ Thuận Thái, đường Cát Dài, làm việc đến 3 giờ sáng, bàn kế hoạch chuyển giao chính quyền. Cả hai bên cùng đi đến quyết định khởi nghĩa vào sáng 23/8/1945.

Mọi việc được tiến hành đúng như kế hoạch. Sáng 23/8/1945, Hải Phòng giành chính quyền thắng lợi trọn vẹn. Trong cuộc mít tinh mừng thắng lợi tại Quảng trường Nhà hát thành phố với hơn một vạn quần chúng tham dự Ủy ban nhân dân cách mạng lâm thời thành phố Hải Phòng do đồng chí Vũ Quốc Uy làm Chủ tịch ra mắt đồng bào, luật sư Vũ Trọng Khánh là uỷ viên hành chính.