为全身心地投入抗战，离家两年的王润兰于1936年初请假回家探亲，准备在血洒疆场前与父亲和解。深明大义的父亲看到一身戎装英姿飒爽的儿子回家看望自己，十分大度地原谅了他，并为儿子弃商从军卫国保家的选择从内心感到高兴。
也就在这一年，第11届国际奥林匹克运动会在德国柏林举行，处于抗日战争全面爆发前夜的中国派出了有69名运动员的代表团参加了这届奥运会，王润兰凭借自己出色的拳击功底，在参奥选拔中被选入了只有4个人的拳击项目代表队。
由中华全国体育协进会一手组织派出的这69名运动员分别参加了田径、游泳、举重、拳击等几个大项的比赛，另外还派了一个武术表演队和一个体育考察团。中国运动员尽管在正式竞赛项目中战绩不佳，但武术表演赛却令西方人看得两眼发呆，人人为之倾倒，在欧洲体坛引起了很大震动。在奥运会正式比赛中，由商震资助的两名来自32军的拳击手王润兰和靳贵第，分别参加了中量级和重量级的拳击比赛。在拳击赛预赛中，第一场由王润兰出场对战日本选手，他以三局全胜的出色战绩，将蔑视中国的日本选手连续三次打倒在地。在迎战荷兰选手福特时，王润兰与这个强劲对手打得十分艰苦，他在最后一局被对手打得血流满面、几乎站立不稳的情况下，依然以顽强的意志支撑自己，一直坚持到终局仍然屹立不倒，此局比赛，王润兰被媒体赞誉为“中国硬汉，虽败犹荣!”
在决定比赛决赛权的最后一场和英国选手的对打中，王润兰在第一、第二局均以1比1打成平局。从第三局开始，王润兰在熟悉了对手拳路套数后，很快发现了对方的破绽，他迅速抓住战机，连续出拳猛击对方头部，最后以重重一击将对手打倒在地，整整10多秒钟对手也未能站起来。此时此刻，裁判判定王润兰以2比1取胜。他是第一个取得决赛权的中国奥运选手，中国运动员为之兴奋不已。意想不到的是在三天后决赛即将开始时，中国代表团领队竟突然接到奥运会组委会的通知，说王润兰在预赛时已被裁判组判定失败，不能参加最后的决赛。闻此通知，中国全体参赛选手和代表团成员无不义愤填膺，纷纷表示抗议：王润兰明明在预赛中打败了英国选手，裁判当时已作了明确裁定，怎么三天后又突然变成失败?明眼人自然能看出其中的猫腻。中国领队向组委会进行了多次交涉，一些主持正义的外国代表队闻知此事后也纷纷表示声援。但组委会对此事却一拖再拖，几经来往毫无结果。就这样，由于组委会一些人出于对贫弱落后中国的歧视和某些政治的需要，公然颠倒黑白，在众目睽睽之下剥夺了中国运动员的决赛权!
尽管如此，王润兰在奥运会期间的出色表现还是受到很多国内外媒体的关注，成为当时轰动一时的新闻人物。愤愤不平的王润兰决心一定要在下届奥运会上一雪此辱，打出中华拳王的威风，给中国人争一口气。
然而，王润兰的梦想很快就被侵略者的枪炮击碎了。中国奥运参赛代表团回到祖国后不久，日本军国主义就发动了“七七事变”，用全面侵华战争的隆隆炮声把中国人民推向了有史以来最为血腥苦难的深渊。中国人民在中国共产党抗日民族统一战线的感召下奋起反抗侵略，以“一寸山河一寸血”的牺牲精神与侵略者进行了艰苦卓绝的战斗，不少奥运健儿纷纷脱下运动装，毫不犹豫地参加到这场气壮山河的反侵略战争之中。王润兰在参赛回国后担任了第32军补3团3营排长，在国破河山碎的生死存亡关头，他所在部队在全国抗日高潮的推动下积极投入了抗击日寇的战斗，与法西斯侵略军展开殊死的搏杀。1937年8月，日军集中第14师团(师团长土肥原贤二)、28旅团和酒井隆少将指挥的6个步兵大队，总兵力约6万人，分三路向漳河北岸进击。时任第20集团军总司令的商震，按既定作战部署指挥部队在冀南豫北实施正面防御，用层层阻击的战法阻止日军迅速向南推进。9月初，中国守军对南犯日军进行了顽强抵抗，逐次打退了敌人的猖狂进攻，在阵地多处被日军突破后，被迫放弃原有阵地，边战边撤向新的地区布防。9月14日，为掩护主力部队向新战场转进，王润兰所在的补3团奉命在漳河阻击来犯之敌。次日上午，潜伏到漳河上游附近的日军抓到5名青年农民，逼迫他们涉水领渡向我军进攻。5名爱国青年相约都以立式泅法，齐露胸部诱骗日军渡河。日军信以为真，立即派两个尖刀小队(排)跟随渡河，但顷刻间就陷入了灭顶的深渊，无一生还。而5名中国青年却不见了踪影。随后大批日军在汉奸的带领下再次渡河，严阵以待的补3团官兵等到满河蠕动的日军进入火力网后，立刻以狂风暴雨般的枪弹将敌人成片射倒，整个漳河到处漂浮着鬼子的尸体。
