1941 年11 月上旬，军统上海区长陈恭谢召集区部齐庆斌、万里浪、陈默、李明等20 多名主要负责人在徐家汇的一个密点开会时，被“犹大”万里浪暗中将开会时间、地点密报76 号特工头目李士群，由李士群率领76 号特务和日本宪兵队将区长陈恭澍、书记齐庆斌、行动组长陈默等20 余人全部逮捕。在李士群的软硬兼施、威逼利诱下，陈恭澍把军统上海区的全部人马悉数交出。结果，在1 个星期之内，军统潜伏在上海、南京、苏州、无锡、常州等地的130 余人全部被日汪特工捕获，并缴获军统秘密电台18 座、20 发驳壳枪28 枝，子弹2000 发：新式左轮手枪36 枝，子弹850 发，手枪12 枝，子弹840 发，手榴弹8 枚，炸药7 大包，化学药品4 箱及全部秘密档案6 大箱。
消息传到重庆，戴笠一时惊得目瞪口呆。上海是戴笠开展特工活动的发祥地，也是特务处和军统活动的重要基地，历来配置有很强的特工力量。现在被陈恭谢轻而易举地将戴笠在10 多年里苦心经营起来的一份家业拱手送给日汪，无疑是挖去了他的一块心头之肉。
恰在这时，李士群利用缴获的上海区的电台和密码，又给戴笠发了一份讽刺挖苦的电报，欢迎戴笠率领军统组织参加汪精卫的和平运动等等。戴笠接到这份电报，气得他把电报纸撕得粉碎，在缫丝厂杨家山公馆里又吼又叫，狂怒不止。接下来，又是一连几天把自己关在屋子里，既不见人，也不让人去见他。吓得他手下的大小特务一个个敬而远之，谁也不敢在这个时候去捋他的虎须，以自讨没趣。有时，戴笠到设在半山腰的机要室吃板，同甲室秘书张严佛、潘其武、党政处长何芝园、经济研究室副主任邓葆光、人事室主任李肖白等大特务研究上海的情况，愤恨之情往往不能自制，忍不住又要痛骂陈恭澍一番。
军统上海区的彻底垮台，是日汪特工在抗战期间对戴笠进行的一次最沉重也是最后的一击。在这次较量中，戴笠虽然损失惨重，但是却从中意识到：
军统原先在国民党处于统治地位时期建立起来的组织体制与工作方针根本不能适应沦陷区特工活动的需要，必须坚决予以改革，由此开始了他对军统组织的一系列改革和改组。
首先，戴笠决定改革军统的人事制度。戴笠深恶人事室工作拖拉，办事效率很低，同时也感到军统人事管理办法落后，不能适应新的形势的需要。
为此，戴笠决定一是引进美国特工的先进人事管理制度，运用人事卡片的形式进行管理，并很快选送几名特务去美国学习。二是适当缩小人事室的权力，相应扩大业务部门在人事管理方面的权力，做到用人与管事相统一，使人事管理效率有所提高。
其次，戴笠决定改革外勤管理制度。戴笠通过成立实验区制度，对此进行重大改革。第一步先成立上海实验区，进行试点，然后再逐步推广。办法是在外勤上海区上面，再成立一个上海实验区，作为军统局本部的内勤机构。
其职权范围是对原来上海区分散在各业务部门主管的人事、会计、电讯、译电工作，集中到上海实验区统一管理。区长掌握组织、人事、会计、电讯等大权。凡涉及上海方面的情况、重大问题报戴笠，一般问题区长即可决定，直接通知军统各部门办理。这样，既可以提高办事效率，又可以在特务们中间起到互相牵制的作用，防止完全由一个部门、一个人全部包办到底容易出现的流弊和危险。
成立上海实验区，这在军统的体制上是一次重大改革，并且很快收到相当效果。戴笠趁热打铁，一方面将上海实验区扩大为华东区，将主管范围由上海扩大到南京、杭州等地区；一方面相继成立华北、华中、海外实验区，把外勤领导体制的改革试验工作推及到所有的沦陷地区。
第三，戴笠决定改革军统会稿制度。军统官僚作风十分严重，以一件事可说明问题：抗战初期，军统在武汉购得一条叫“南星”的小火轮。武汉沦陷后，该轮开往常德。后因无法驾驶，由重庆局本部电令常德警备司令部稽查处长沈醉在常德将该轮卖掉。结果，在3 年以后，沈醉已调任重庆局本部总务处长，居然才接到这件已旅行了3 年多的公文，公文上签有“拟照沈醉同志所拟意见：以一千匹阴丹士林布价格卖出。”沈醉只好苦笑着在此公文上又批上“照办”二字。面对军统如此惊人的官僚作风，戴笠决定用各大处、室头头半天集中办公的办法来解决。后来感到这些大特务们集中到一起，相互扯谈吹牛的时间多，办实事的时间少，反而影响了本处室的工作。于是又改用中午会餐碰头会的办法来解决。中午吃饭时，把各部门的大特务集中到餐厅一起吃饭，边吃饭，边听取汇报，边决定问题。有话则长，无话则短。
这样，一顿午餐下来，居然把当天需要解决的重大问题很快决定落实，对全局的重大活动也能了解掌握个大概，工作效率明显得到改进提高。戴笠十分满意这种方式，在抗战期间始终坚持如此。为了能吸引大特务们积极主动参加午餐碰头会，戴笠还指示总务部门对这顿午餐给以精心安排。这样，一些大特务们虽然工作很忙，难以脱身，但为了能吃上这顿丰盛的午餐，也千方百计挤时间参加，使午餐会的效果越加明显。
戴笠对军统体制的改革，对军统组织在抗战后期的发展产生了重要影响。