九一八事变后，他因不满“不抵抗”命令，愤然辞去军职，回家乡组织义勇军抗日。耿继周回辽宁第一站落脚在锦州，见到老同学黄显声后，向他陈述了自己准备组织义勇军的想法，得到黄的支持，黄表示可以警务处的名义提供武器弹药。9月28日，耿继周回到家乡新民，在当地爱国士绅襄助下，几天之内便组建起千余人的抗日队伍。这支义勇军队伍得到了在北平的东北民众抗日救国会的支持和资助，经过黄显声的积极争取，被编为东北民众抗日义勇军第四路军，耿继周任司令。

新民距离沈阳很近，耿继周在新民组建义勇军，无异于在日伪心脏旁边埋下了一颗“炸弹”，很多爱国民众纷纷前来投奔耿继周。年近五旬的他将所有家产变卖用以购买枪支弹药，真正做到“毁家纾难”。经过广泛发动，到1931年底，义勇军第四路军发展到12000人，最多时编为17个支队（后整编为两个师）。

耿继周不惧危险，敢于“碰硬”。他所率的义勇军主力就在距离沈阳不到百里的地带活动，多次出击日伪军。考虑到队伍成分复杂，耿继周提出了“专抗日，不扰民，救国爱民”的十字诀，并将十字诀用红线绣在黄布上，作为每名官兵的臂章佩戴。

1932年1月4日，耿继周率义勇军3个团约2000人，于晚7时三面夹攻新民县城，占领了日本**，打死日军官兵20多人，打开监狱放走百余名“犯人”，砸开日本大和旅馆、日商洋行，查收大量鸦片、吗啡和日货，打死汉奸治安中队长程文焕。凌晨2时，敌人增援，义勇军撤离县城。

葫芦岛文史学者张恺新在其撰写的《不畏强敌的抗日名将耿继周》中，还提到了耿继周另一次攻打新民县城：

1931年11月下旬，日军大举向辽西进犯。为阻止日军西进的脚步，耿继周决定攻打已经被日军占领的新民县城。12月15日，战斗打响，义勇军分四路向守敌展开激战，冲入城内与敌人巷战，此战虽然没能收复县城，但缴获了大量枪支和数千发子弹。12月30日，耿继周亲率义勇军在白旗堡（今新民市大红旗镇）歼灭日军多人，次日又偷袭了已被日军占领的白旗堡车站。1932年元旦这天，义勇军在白旗堡以南的莲花泡阻击日军，短兵相接，展开了义勇军抗战史上鲜有的近距离肉搏战，一时间刀光闪闪、杀声连天，激战三小时后，义勇军杀敌50余人。

耿继周等部义勇军频繁出击，多次打乱日军的军事部署，令日本侵略者坐立不安。恼羞成怒的日伪军于1932年1月中旬开始对辽西一带进行大规模“清剿”。耿继周率骑兵2000余人到新民北部与敌人周旋，先后在唐家窝堡、五台子、六家子等地打了几场伏击战，还夜袭巨流河日军驻地，和日伪军激战数十次。

在第四路军的战斗经历中，还有一次袭击大快车的传奇经历，是由高老梯、孙柱国、朱绍山（朱山字）等人组织进行的，记载于李连俊撰写的《抗日义勇军第四路军和司令耿继周》一文中：

1932年8月，他们得到日军官携带巨款将于旧历8月13日从沈阳北站乘快车送往锦州的情报后，派出十余义勇军，乔装旅客，尾随其后，同时登车跟踪，并选位置，看住日本军官和火车司机。火车开到白旗堡西绕阳河大桥时，事先埋伏在铁路两侧的义勇军突然向火车射击。司机看到桥头堆满石头，紧急刹车，藏在车厢里的义勇军一起动手，缴了日军武器，将装满钞票的几个大皮包扔下火车，人也随后下车。缴获的日军军款做了义勇军的军饷。

在日伪军的重重堵截下，耿继周率部开始长途游击作战，活动于辽西许多地方。1933年1月25日，耿继周在朝阳度过抗日以来第二个除夕之夜。他夜不能寐，赋《除夕感怀》一首：“……铁血头颅疆场碎，谁将只手挽狂澜？一息尚存决奋斗，岂容闻达与后援！”

这首诗表达了他要抗日到底的坚定决心，但后援不力，1933年5月初，在孤立无援的情况下，耿继周率部撤至丰宁，不久参加了冯玉祥发起组织的察哈尔民众抗日同盟军，继续谋求抗日杀敌。1933年6月，耿继周被冯玉祥委任为抗日同盟军第三十五军中将军长。8月，随着冯玉祥被迫下野，耿继周部最终瓦解。1938年，原东北军将领何柱国出任第十战区副司令长官，他了解到抗日老将耿继周生活困窘，遂委任其为第十战区少将高参。1946年耿继周退役，自谋生计，靠卖画为生，后客死南方某地。