Tháng 5-1946, có lệnh tập hợp quân giải phóng chiến đấu ở Lào, ông Dương Tự Cẩm cùng các ông Nguyễn Chánh, Lê Quốc Sản, Đỗ Huy Rừa được giao nhiệm vụ tổ chức, huấn luyện. Tại chiến khu Noọng-ke, trong vòng 10 ngày, đã lựa chọn và tập trung được hơn 400 chiến sĩ trong số những người tình nguyện từ các cơ sở Việt kiều, thành chi hội Trần Phú. Lê Quốc Sản làm Chi đội phó Chi đội Trần Phú cùng chi đội từ Thái Lan về Việt Nam tham gia kháng chiến. Sau khi về nước Chi đội Trần Phú lấy tên là Chi đội Hải ngoại 4.
Từ năm 1947 đến năm 1954, ông hoạt động ở chiến trường Nam Bộ; làm Trung đoàn phó, Trung đoàn trưởng, Liên trung đoàn trưởng rồi Tỉnh đội trưởng tỉnh Vĩnh Trà.