Những tưởng sẽ chuyên theo nghiệp cứu chữa người bệnh, nhưng bọn thực dân cũng không để anh yên. Yêu nước, ghét Pháp, bác sĩ bị chúng đà y lên nhà tù Sơn La. Ra tù, vử ngôi nhà cũ ở ngõ Tân Hưng (nay là ngõ Tức Mạc), anh lại mẫn cán, tận tâm với nghử ở nhà thương Phủ Doãn (nay là Bệnh viện Việt - Đức). Đầu năm 1945, Nhật đảo chính Pháp, Chính phủ Trần Trọng Kim thà nh lập. Cụ Trần Trọng Kim đã bổ nhiệm bác sĩ Trần Văn Lai là m Thị trưởng Hà Nội. Và ngà y 20-7-1945, bác sĩ Lai chính thức nhậm chức và trở thà nh Thị trưởng người Việt đầu tiên.
Ngay sau khi nhậm chức, việc "động trời" mà trước đó không ai dám là m là cho giật đổ tượng "mụ đầm xòe" ở Vườn hoa Cửa Nam, tượng Sĩ Nông Công Thương ở Vườn hoa Canh Nông (nay là Vườn hoa Lê-nin), tượng Toà n quyửn Pôn Be ở Vườn hoa Pôn Be (nay là Vườn hoa Lý Thái Tổ). Cùng với việc lật nhà o các tượng do thực dân Pháp dựng lên, Thị trưởng Trần Văn Lai đã đổi một loạt các phố mang tên Tây thà nh phố mang tên các anh hùng dân tộc: đại lộ Henri D'orleans thà nh Phùng Hưng, F.Ganier thà nh Đinh Tiên Hoà ng, Gambetta đổi thà nh Trần Hưng Đạo... đến các phố mà bây giử vẫn gọi như Nguyễn Thái Học, Phó Đức Chính, Yên Thế, Nguyễn Công Trứ... ông đửu đổi lại hết.
Ngõ nhử ông đang ở không còn cái tên Tân Hưng mà mang tên quê hương Tức Mạc thân yêu. Và cả vườn hoa cũng được đổi tên mang tinh thần tự tôn dân tộc như vườn hoa trước cửa Phủ Khâm sai, dân quen gọi là "Con cóc", ông đặt là Diên Hồng, Vườn hoa Pôn Be đổi là Chí Linh. Đặc biệt điểm tròn rất rộng trước cửa Phủ Toà n quyửn (nay là Phủ Chủ tịch) ra đến đường Điện Biên Phủ bây giử, ông đặt tên là Quảng trường Ba Đình (căn cứ chống Pháp của nghĩa quân Đinh Công Tráng ở Thanh Hóa). Sau Cách mạng Tháng Tám, tên Quảng trường Ba Đình gắn liửn với sự kiện vĩ đại của dân tộc, nơi khai sinh ra nước Việt Nam dân chủ cộng hòa ngà y 2-9-1945.