抗战初期，由于山东[ShanDong]省政府[ShengZhengFu]主席韩复榘为保存实力，抗令不遵，不战而逃，于1938年1月被蒋介石诱捕后处以死刑。韩复榘被捕后，山东[ShanDong]省政府[ShengZhengFu]主席空缺。蒋介石有意让于学忠接任第三集团军总司令兼山东[ShanDong]省政府[ShengZhengFu]主席。于学忠考虑到韩复榘从济南撤到鲁西南后，山东[ShanDong]的省政已乱，情形极为复杂，自己不熟悉山东[ShanDong]情况，表示最好只接任第三集团军总司令职务，不兼任山东[ShanDong]省政府[ShengZhengFu]主席，并向蒋介石推荐沈鸿烈任山东[ShanDong]省政府[ShengZhengFu]主席。
　　沈鸿烈，字成章，湖北天门人。幼年读书勤奋，18岁中秀才。1905年取得官费去日本留学，次年进入日本海军学校。不久参加同盟会。1911年毕业回国。武昌起义后，策动长江清海军反正。1912年中华民国成立后，任南京临时政府军机处参谋，次年任参谋本部上校科长，掌管海军事务。1916年作为赴欧观战团海军观战武官，被派往英国。1918年回国后兼任陆军大学海军教官。1920年任吉黑江防司令公山东[ShanDong]重要历史事件署参谋长。1923年协助张作霖建立了东北海防舰队，任海军中将司令。1927年后任东北渤海联合舰队副司令兼前沿司令。1931年“九一八”事变后，移驻青岛海军基地。11月被任命为青岛市市长。1937年7月，抗日战争全面爆发后，沈鸿烈奉命指挥青岛地方[DiFang]海陆军。12月28日，奉命炸毁了日本人在青岛经营的9大纱厂和啤酒厂、铃木丝厂、丰田油房等所有日方工厂。1938年1月8日，率领其所统海军陆战队及其他军政人员退出青岛至诸城、沂水一带。
　　沈鸿烈虽也是东北军旧人，但他1931年任青岛市市长后，一直在青岛及山东[ShanDong]活动，对山东[ShanDong]情况较为熟悉，而且他的海军陆战队亦在省内。所以，当时沈鸿烈是山东[ShanDong]省政府[ShengZhengFu]主席比较合适的人选。就这样，蒋介石选择了沈鸿烈，并与沈会面，提出了沈与山东[ShanDong]省政府[ShengZhengFu]机关重返敌后、重组山东[ShanDong]省政府[ShengZhengFu]的要求与部署。1938年1月23日，国民党中央明令撤销了韩复榘山东[ShanDong]省政府[ShengZhengFu]主席职务，正式任命沈鸿烈为主席。2月11日，又任命沈鸿烈为山东[ShanDong]全省保安司令。
　　1938年1月24日，沈鸿烈赴当时的山东[ShanDong]省政府[ShengZhengFu]机关所在地曹县就任。就任后，沈鸿烈并没有立即改组省政府[ShengZhengFu]。这主要是因为省政府[ShengZhengFu]机关随韩复榘一路撤退到曹县，工作秩序已经打乱，还有部分人员失散或分处他地，人心不稳。在这种情况下，不可能进行改组，只好维持现状，并在曹县召集了一次党政会议。沈在会上讲话，内容主要是“对省政重建、军政联系、组织民众作政策性之提示”（刘道元：《抗战期间山东[ShanDong]省政变迁》，《山东[ShanDong]文献》第8卷第2期）。要点有四：一是表明不再后退；二是认为曹县不是久居之地，必要时将转入敌后抗战；三是提出将要在鲁南[LuNan]建立抗战根据地；四是要重建各级行政组织，指出山东[ShanDong]抗战的重心在政治不在军事。这次会议实际上是沈鸿烈宣布他的主政山东[ShanDong]的大政方针。

　　经过一段时间的准备，1938年5月间，沈鸿烈对省政府[ShengZhengFu]进行了改组和调整。人事安排是：秘书处，原任秘书长张绍堂弃职潜逃，沈到任后秘书长先易为胡家凤，后易为雷法章；民政、财政、建设、教育各厅厅长未动，仍为李树春、王向荣、张鸿烈、何思源。1939年李树春以专任鲁西行署主任辞民政厅长职，由雷法章兼任；建设厅亦由张鸿烈易为秦启荣；教育厅长何思源自1938年9月后任鲁北行署主任，厅务由秘书主任刘道元代理。
　　时值徐州会战失利，国民党各部队纷纷后撤。至下旬，山东[ShanDong]境内除河南、山东[ShanDong]交界地区留有两支部队和鲁中地区留有海军陆战队外，已无正规部队。曹县已成为前线，随时可能受敌。于是，5月底和6月初，沈鸿烈开始率省政府[ShengZhengFu]主要人员向东阿转移。从此以后，省政府[ShengZhengFu]开始了长达半年多的鲁西、鲁北流动时期。流动过程中，省府职员大部疏散，只留少数人组成行动小组随沈活动，不分厅处办公。转移到东阿后，沈鸿烈开始着手建立已经瓦解了的地方[DiFang]各级行政组织，同时做继续前行的准备，组织“省政府[ShengZhengFu]行政督导团”，先行联络。6月下旬，沈鸿烈率省府机关由东阿转移至聊城，将省政府[ShengZhengFu]驻地移至寿张县张秋镇。这期间，沈鸿烈对第六区专员范筑先大施拉、压手段，先是以主席名义呈请中央政府任命范为山东[ShanDong]省政府[ShengZhengFu]委员，以图拉拢范为其所用，挑拨范与共产党间的统一战线关系，然后对范提出许多强迫性要求。如要范将抗日游击司令部改为保安司令部；让“复兴社”分子接管政治部，解散共产党领导的所有支队，编入保安旅；把政治干部学校改为按国民党课程进行教育的旧制学校；设立了具有监视作用的鲁西行署，分化瓦解范部，收买六区干部。这些活动对鲁西北抗战起了很不好的作用。

　　7月中旬，日军向聊城进犯，沈率省政府[ShengZhengFu]机关再次转移，先至临清后移向鲁北，自禹城、平原间越过铁路，经临邑进入惠民。在惠民，沈鸿烈初步整顿了当地的军政机构。10月间，沈鸿烈率省政府[ShengZhengFu]机关由惠民东移至利津境内，逗留月余。年底，利津失陷，省政府[ShengZhengFu]机关南下移进鲁南[LuNan]山区，结束了在鲁西、鲁北的流动。
　　自1938年1月沈鸿烈任省政府[ShengZhengFu]主席至率省政府[ShengZhengFu]机关辗转于鲁西、鲁北及进入鲁南[LuNan]山区初期的一年时间内，沈鸿烈主要致力于重建全省国民党各级行政机构。在重建省政的过程中，他主要采取了三项措施：
　　一是设立鲁西、鲁东、鲁北三个主席行署。横贯东西的黄河及津浦、胶济两条铁路线，将山东[ShanDong]自然地划分为鲁西、鲁北、鲁东和鲁南[LuNan]四块地理区域。山东[ShanDong]沦陷后，日伪军占据了主要城市和铁路线，造成四块地域分割的状态。这种状态必然影响到省政府[ShengZhengFu]与地方[DiFang]政权的联络，不便于指挥。为了就近指挥，掌握地方[DiFang]政权和地方[DiFang]武装的行动，沈鸿烈便大体依照上述基本地理区域，先后建立了三个主席行署。鲁西行署设立于沈鸿烈离开聊城时的1938年7月间。行署初驻聊城，后移驻张秋镇。行署主任先是廖安邦，旋为民政厅长李树春兼，后改由孙良诚接任。鲁东行署是沈鸿烈进入鲁北后设立的，以卢斌为主任，驻莱阳。鲁北行署是沈鸿烈率省府机关南移鲁南[LuNan]之前设立的，以何思源为主任，驻惠民等地。各行署在编制上配有民政、财政、建设、教育及军事各类人员，代省政府[ShengZhengFu]主席行使职权。行署以无线电与省政府[ShengZhengFu]及行署所属各县政府联系，上传下达，就近指挥。行署发挥了联系行踪不定的省政府[ShengZhengFu]与地方[DiFang]政权的作用，这是沈鸿烈的一个独创。
　　二是重新规划专区，任命专员公署专员。山东[ShanDong]省设立行政督察专员公署始于1934年，当时韩复榘设了7个专区。韩军南撤后，这7个区除第三区张里元、第六区范筑先仍在原地任职外，其他5个区的行政人员全部南撤。沈鸿烈就任山东[ShanDong]省政府[ShengZhengFu]主席后，对已撤逃的5个区的专员重新任命，并陆续规划了其他一些专区，终其任期，共设立了14个专区。这些专区划分和专员的任免多因人因枪及其活动范围而定。因而，区划混乱，专员调换频繁，大多不能有效地统筹全地区的军政活动，其作用只限于武力所及的范围。所以沈鸿烈所规划的14个专区及所派专员未能如愿地统一指挥各该区地方[DiFang]军政活动。
　　三是重建县政，任命县长。重建县政为沈鸿烈主政山东[ShanDong]后首先面临的关键问题。重建县政包括两个方面：一是派任县长，建立县政府和县属武装；二是建立县内基层组织。关于派任县长，沈鸿烈在任职后的约半年时间内，就对全省107个县都派了县长。一般各县县长都掌握一定的武装力量，但也有赤手空拳的。各县长所掌握的武装力量从几个人到十几个人乃至一个营不等。武装力量的大小直接决定着县政府的组织规模和行政权力的大小。没有武装力量的县长等于徒有空名。县政府一般由县长1人，秘书和科长、科员若干人，以及1个班至1个营的卫士组成。至于县内基层组织的建立，从表面上看，各县都规划了区公所、乡公所等基层组织，实际上这些基层组织大多不能发挥作用，有的县有名无实，有的县连规划都没有。
　　总之，沈鸿烈主政山东[ShanDong]后一年左右的时间里，他率省政府[ShengZhengFu]转退为进，对已经溃乱的国民党地方[DiFang]军政产生了一定的维系作用。但省政府[ShengZhengFu]无固定驻地，处于流动之中，控制力量很弱，既不可能统一全省的军政系统，也不可能领导和指挥全省军政活动。沈鸿烈虽采取了一些措施，力图改变这种局面，但措施不力，效果不明显，只是对其走过的地方[DiFang]产生了一定的影响。沈鸿烈为了重建省政，规划了专员区，分别派任了专员、县长，但并未发挥应有的作用，地方[DiFang]行政亦如省政府[ShengZhengFu]一样，缺乏力量与号召力。
　　沈鸿烈主政后，率领省政府[ShengZhengFu]机关频繁移动，实际是在寻找省政府[ShengZhengFu]固定的驻地。鲁西北和鲁北的复杂情况使他难以立足，于是他转向鲁南[LuNan]。1939年1月，沈鸿烈率领省政府[ShengZhengFu]机关越过胶济铁路移进鲁南[LuNan]，从此开始经营鲁南[LuNan]。
　　沈鸿烈经营鲁南[LuNan]主要做了4件事：一是于1月13日在沂水发表了整理军事、发展民运、调整财政的讲话。讲话反映了他试图立足鲁南[LuNan]、经营鲁南[LuNan]的决心，同时也反映了他力图控制地方[DiFang]军政的欲望。二是公布了山东[ShanDong]省施政方针，即所谓“山东[ShanDong]省政府[ShengZhengFu]之八大政策”。政策贯穿了“抗战高于一切”的精神。这“八大政策”涉及国民党山东[ShanDong]省政府[ShengZhengFu]全部军政活动，也可以说是沈鸿烈的施政纲领。沈鸿烈在“八大政策”中，只字未提与共产党的合作，说明他对国民党蒋介石的消极抗日、积极反共的政策是亦步亦趋的。此后，山东[ShanDong]省政府[ShengZhengFu]开始依据“八大政策”开展工作：在军队方面，对部队进行了整编；在给养方面，从省政府[ShengZhengFu]至县分别设立了“给养统筹委员会”，区、乡、镇设立了“给养统筹所”；在动员民众方面，制定了《兵役干部办法》、《壮丁训练办法》，在各县政府中设立主管兵役的军事科；在行政方面，组织视察团，加强对地方[DiFang]的检察、督导，对县则派工作队，协助县政府开展工作；另外，还组织开展“县政讨论会”、“经济讨论会”和各种“工作讨论会”等活动。三是宣布筹备成立民意机关——山东[ShanDong]省临时参议会。四是于1939年2月召开了鲁南[LuNan]军政会议。这是沈鸿烈到鲁南[LuNan]后召开的一次重要会议。这次会议有其积极的一面，也有其反动的一面。其积极的一面是：第一，整个会议贯穿着坚持抗战的精神；第二，会议虽然对于各抗日党派的合作问题，还没有明确的纲领和具体的办法，但确定了“精诚团结、互信互让”的原则。其反动的一面是沈鸿烈有利用此会防共限共的目的。沈鸿烈召开这次会议的根本目的是向各方面说明，作为山东[ShanDong]省的唯一合法政府——山东[ShanDong]省政府[ShengZhengFu]已进入鲁南[LuNan]，要担负起指挥全省军政活动的任务，要把各方面的军政力量和活动统一于省政府[ShengZhengFu]的控制之下。所以，沈鸿烈在会上提出了“统一划分防线”、“统一指挥”、“统一行政”、“给养粮秣，统筹统支”等等规定和要求，这实际上是限制共产党和八路军的军政活动。

　　鲁南[LuNan]军政会议后不久，省政府[ShengZhengFu]机关移驻沂水东里店。自此，进入了省政府[ShengZhengFu]近4个月的相对稳定期。这4个月间，沈鸿烈加强了对党政工作的推动和军政势力的培植。首先，沈鸿烈继续加强对地方[DiFang]特别是鲁南[LuNan]党政的控制，派遣党务指导专员，更换县长，改组县民众动员委员。其次，于3月在省政府[ShengZhengFu]设立了设计委员会，沈鸿烈自兼主任。至此，沈已身兼省府主席、全省保安司令、省党部主任委员、省动员委员会主任委员、省设计委员会主任等数职。其三，加强地方[DiFang]军政干部的培训。沈鸿烈非常重视干部培训，在他看来，只要掌握了干部，就可以控制地方[DiFang]党政军。所以，他一进入鲁南[LuNan]，就着手筹建干部学校，先在鲁村设立军事干部学校，附设于教育团，招生对象为初中学历、年龄在20岁以上的青年，经2至3个月的短期培训派往各地。后在东里店附近设立省政府[ShengZhengFu]政治干部学校，招收高中毕业、30岁以下的青年，培训2个月后，由省政府[ShengZhengFu]分派工作或返回原保送机关工作。其四，抓紧培植个人军事势力。这包括两个方面：一方面是整编地方[DiFang]部队，尽量将其划归保安系统。这时期编成了3个保安师，直属全省保安司令部。另一方面是扩编直属警卫部队。这有两支，一支是教导团，这支部队是沈鸿烈亲手创建的近卫军；另一支是吴化文部，也是由沈鸿烈直接指挥的一支部队。到1939年夏秋，山东[ShanDong]省内国民党系统的地方[DiFang]武装约有19万人。

　　1939年6月后，省内形势发生变化，日军大规模对鲁南[LuNan]用兵。沈鸿烈努力建立起来的地方[DiFang]政权大多瓦解、溃散。省政府[ShengZhengFu]被迫退出东里店，再次陷入游移不定的移动中。数月后，省政府[ShengZhengFu]移至临朐南部山区吕匣店子一带，并在此地稳定了较长一段时间，形成了以吕匣店子为中心的方圆20华里范围的省政府[ShengZhengFu]驻地区，此亦即省政府[ShengZhengFu]的“吕匣店子”时期。这一时期是沈鸿烈大力推行其在主政山东[ShanDong]之初提出的重建省政、整编地方[DiFang]部队两大中心任务的时期。省政府[ShengZhengFu]的各种活动基本上都是围绕这两大中心展开的。但是沈鸿烈并没有圆满地完成这两大任务。关于省政建设：在机构重建和政令推行方面，沈鸿烈的成绩是，恢复和扩大了省级机关，创设了三个主席行署；完成了行政督察公署的设置及专员的派任；完成了全省107个县县长的派任。但从整体上看，这一系列举措，并未能达到全省政令统一的目的。省政府[ShengZhengFu]机关局促于鲁中山区，与地方[DiFang]政权机关缺乏联系的情形仍然严重存在，其政令能达者多限于省政府[ShengZhengFu]驻地周围地区，对其他地区则缺乏约束力，以至于地方[DiFang]官员独断专行。专员区规划混乱，专员因人而设、时生冲突，专员职权所及仅为武力所至，皆不能达到全境。县政更是多流于形式。很多县区被日伪占领，县政府不能在县城办公。许多县长常常境内境外流动，有名无实。在吏治方面，沈鸿烈虽然重视对军政人员的快速短期培训，但吏治不整、官风败坏、贪污腐化现象仍严重存在。在党务方面，沈鸿烈曾力图恢复党务，但实际情形是县党部只挂个招牌，强行招几个党员；党纪废弛，党内派别林立。总之，沈鸿烈的所谓省政重建只是重新制造了层层行政机构的空架子，不仅不能尽收其省政、县政之实效，而且造就了一批横行地方[DiFang]的大小官吏。关于地方[DiFang]部队整编：沈鸿烈始终将其作为第一要务，在保安司令部建立整军机构，制定整军纲要，并设立了省、区、县给养统筹委员会，对某些地方[DiFang]部队甚至不惜采取收买、分化、瓦解等手段。但直到最后，沈鸿烈也没有达到统一编制、统一指挥的目的，反而制造出许多矛盾。在吕匣店子前后，沈鸿烈亦曾经给地方[DiFang]保安部队下达了一些番号，但仅是名义而已，各部队仍各行其是。因此，沈鸿烈也没有真正达到整军的目的。
　　沈鸿烈是顽固的反共分子，流动于鲁西、鲁北期间就不断挑起反共事件。进入鲁南[LuNan]后，沈鸿烈更与猖狂反共的元凶秦启荣联手，不断指使所部制造事端，挑起冲突。其任内，山东[ShanDong]发生的包括太河惨案在内的一系列摩擦事件，都有沈鸿烈插手或幕后主使，有些事件就是他一手挑起或制造的。可以说，沈鸿烈是抗日战争时期山东[ShanDong]顽固派的总代表。对于以沈鸿烈为代表的顽固派，中共方面也采取了坚决打击和孤立的方针政策。
　　至1941年，由于军政活动难以推动的困局，再加形势的日趋困难和沈鸿烈与于学忠之间的种种矛盾与隔阂，沈鸿烈陷入政令难为、军令难行的境地，遂生离鲁之意。1941年9月前后，沈鸿烈将省政交由秘书长雷法章代理，悄然离开鲁南[LuNan]，经阜阳转赴重庆。1942年1月，沈鸿烈被免去山东[ShanDong]省政府[ShengZhengFu]主席本兼各职，结束了他4年的主政山东[ShanDong]时期。