参加柏林奥运会遭受裁判不公正待遇
入学后，立志报国的王润兰刻苦学习军事理论和战略战术，这为他以后的军事指挥打下了良好的基础。早在军政学校创建初期，中共地下党员谷雄一、王启明、陈锐霆、朱静波、程景明等20余人就在商震将军的默许下，在学校秘密建立了地下党支部，在广大教员和学员中积极开展抗日宣传活动，用革命理论和爱国主义思想激发师生的爱国热情。受地下党的教育影响，王润兰和同学们的政治觉悟有了很大提高，学好本领保卫国家、赶走侵略者成为他们最大的政治追求，强烈的爱国主义思想深深地植入了他们的脑海。入学不久，体格健壮、有着良好武术功底的王润兰被选入商震将军创办的西洋拳击队学习拳击。经过勤学苦练，他很快掌握了西洋拳击的基本技术，在动作要领等方面也有他的独创，受到教练员的好评。
1935年底，随着日本侵略步伐的加快，华北局势日渐紧张。日军先后向山海关和驻平津的华北驻屯军大量增兵，并不断向中国守军挑衅。面对日寇的嚣张气焰，一直对日保持忍让和克制的中国军政当局也开始积极整军备战，广大官兵被压抑的爱国激情终于迸发出来，随时准备奔赴抗日战场。为了能够全身心地投入抗战，离家两年的王润兰于1936年初请假回乡探亲，准备在血洒疆场前了结他与父亲的积怨。虽然他当时的出走在那个家规极严、崇尚顺从孝道的旧式封建家庭看来无异于大逆不道，但深明大义的父亲看到一身戎装英姿飒爽的儿子回到家里时，还是原谅了他。深知自古忠孝不能两全的父亲最后在儿子归队前，还以民族英雄岳飞为榜样，鼓励他要为保卫国家不受外辱而英勇尽忠，要在日后的奋勇杀敌中建功立业。也就在这一年，第十一届国际奥林匹克运动会在德国柏林举行。尽管贫穷落后的中国在首届奥运会上只能派出一个运动员参加，使国人痛感弱国的悲怆，但中国人对奥运的情结却深深地根植在中华大地上，处在抗战全面爆发前夕的中国还是派出了69名运动员参加这届奥运会。王润兰凭借自己出色的拳击功底，在参加奥运会的选拔赛中被选入了只有4个人的拳击项目代表队。
在这次柏林奥运会上，由中华全国体育协进会一手组织的69名运动员分别参加了田径、游泳、举重、拳击、自行车、篮球足球6个大项的比赛，另外还派出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比赛项目中战绩不佳，但武术表演赛却让西方人另眼相看，人人为之倾倒，特别是双人对练更是深受所到国家观众的热烈欢迎，在欧洲体坛引起了不小的轰动。在奥运会正式比赛项目中，由商震资助的两名来自三十二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，王润兰打得十分艰苦，在最后一局被对手打得血流满面、几乎站立不稳的情况下，仍然以顽强的意志支撑着，一直坚持到终局依然屹立不倒。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对打中，王润兰在第一、第二局均以1比1打平。从第三局开始，王润兰在熟悉了对手拳路、套数，发现了对方破绽后，抓住战机，连续出拳猛击对方头部，重重一拳将对手打翻在地。10多秒钟过去了，对手也未能站起来，裁判判定王润兰以2比1取胜，获得了拳击赛的决赛权。这是中国代表团在参加奥运会的运动员中第一个取得决赛权的选手。正当中国运动员为中国第二次进军奥运会首次取得决赛权而兴奋不已时，想不到在三天后决赛即将开始时，中国代表团领队突然接到奥运会组委会的通知，说王润兰在预赛时已判失败，不能参加决赛。闻此通知，中国全体参赛选手和代表团成员义愤填膺，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。在众议声中，中国领队向组委会进行了多次交涉，一些外国代表队闻知此事后亦纷纷表示声援。但组委会对此事却一拖再拖，几经来往毫无结果。就这样，在众目睽睽的柏林奥运会上，由于国家的落后和政治的因素，组委会一些人公然颠倒黑白，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了很多媒体的关注，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一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。
