9月6日在陕西三原县石桥镇主持八路军第一二九师改编誓师大会，就任第一二九师师长。下辖第三八五旅和第三八六旅。
9月30日率第一二九师先遣队第三八五旅第七六九团由富平县庄里镇出发，开赴山西抗日。除第三八五旅旅直及第七七〇团等奉命留守陕北外，第一二九师其余部队随后东进。
10月10日率第七六九团进抵太原附近，奉命向原平县东北山地挺进，执行侧击日军后方的任务。
10月18日在太原会见国民党第二战区司令长官阎锡山，商谈两军配合作战问题。
10月19日第七六九团夜袭代县阳明堡机场，焚毁日军飞机20余架，歼日军100余人，减弱了日军的空中支援力量，有力地配合了国民党军的忻口防御战。
10月25日向策应娘子关方向国民党军作战的第三八六旅旅长陈赓发出指示，要以小部队应付日军大部队，而以主力打它的小部队；应大力破袭日军的铁路交通线；必须加强对日军的政治攻势。
10月26日命令第三八六旅第七七二团在娘子关以南七亘村设伏，歼日军300余人，缴获骡马300余匹和大批军用物资。
10月28日命令第七七二团再次设伏七亘村，歼日军百余人，缴获骡马数十匹。创同一地点“重叠侍伏”的成功范例。
11月2日指挥第三八六旅在昔阳以东黄崖底设伏，歼日军300余人。
11月5日在广阳会见美国记者史沫特莱。
11月7日率第一二九师部队与第一一五师部队协同作战，在广阳、户封地区重创日军主力一部。
11月10日在和顺县武家庄召开干部会议，在会上作游击战术报告。讲解了共产党、八路军开展抗日游击战争的必要性和可能性，结合第一二九师出征山西以来的作战经验，阐述了伏击、袭击以及破袭敌交通线等游击战术的运用。
11月13日与张浩在和顺县石拐镇召开第一二九师党员、干部会议，传达毛泽东关于创建以太行山为依托的晋冀豫抗日根据地的指示，并部署全师分散到各地发动群众，开展游击战争，开辟根据地。
11月8日在辽县作《抗日游击队四个基本任务》的演讲。
12月6日出席中共中央军委华北分会会议。会议分析了华北抗战形势和部署了敌后游击战争。
12月7日在辽县作《抗日自卫队三个基本任务》的演讲。
12月22日至26日指挥第七七二团、七六九团、汪乃贵支队等，粉碎了日军的“六路围攻”。
12月27日在干部会上作《在我们今天击退正太路南进敌人的战术观察》的演讲，总结了日军围攻八路军的战术特点，提出了对付日军的战术手段。
1938年46岁
1月6日邓小平接替张浩任第一二九师政治委员。
2月6日在第一二九师团以上干部会上，作太原失守以来的军事工作报告。
2月22日指挥第三八六旅以吸打敌援的手段，在长生口伏击日军出援部队，毙130余人，俘少佐等5人。
3月16日指挥第一二九师主力设伏于潞城东北的神头岭，歼敌1500余人。
3月31日第一二九师政委邓小平与副师长徐向前指挥部队设伏涉县、黎城间响堂铺地区，毙伤日军运输部队400余人，烧毁汽车180辆。
3月在《战术研究资料》上发表《论游击战与运动战》一文。
4月4日至16日率部与第一一五师部队及国民党军协同作战，粉碎了日军发动的“九路围攻”。在长乐村对敌实施急袭，毙伤日军2200余人。
4月23日与邓小平召开团以上干部会议，根据中共中央、毛泽东关于在河北、山东平原地区发展游击战争的指示，部署进军冀南、豫北等平原地区。
4月26日徐向前率第七六九团等三个主力团开赴冀南，开辟冀南根据地。
5月13日命令部队对平汉铁路进行第一次总破击。以后又陆续实施了12次总破击。
7月17日作《第一二九师抗战一周年军事工作报告》，系统地总结了抗战一年来本师作战、教育、训练、管理等各方面的经验，提出了今后作战和军队建设的方针。
7月19日在干部会上作《本师现在要确定或恢复的教育工作》的报告。
强调了军队教育的意义和作用，提出了军政教育的课目与实施办法。
8月20日赴长治与河北省政府主席鹿钟麟谈判合作抗战问题。8月27日至9月26日第一二九师部队与冀鲁豫军区部队联合组织实施了漳（河）南战役，共歼伪军2700余人。9月3日至4日在黎城停河铺给第一一五师第三四四旅干部作战术报告。
10月1日命令第三八五旅、独立支队等部破击正太铁路，并以一部兵力进到正太路北，配合晋察冀军区反日军围攻。12月7日率师机关和直属队进驻涉县赤岸村。
12月21日率第三八六旅等部，进到平汉路东，直接领导冀南和鲁西北平原地区的斗争。
1939年47岁
1月16日发布反“扫荡”作战命令，以第一二九师在冀南的主力与地方武装组成5个作战集团，实行分区作战。l月22日发布《第一二九师关于目前作战纲领给各集团的指示》，要求主力部队隐蔽集结于适当地点，伺机伏击和奔袭敌人，避免打硬仗；地方部队则积极开展游击活动，发动民众，配合主力作战。
2月10日指挥第三八六旅及第一一五师所属第六八八团在威县香城固全歼日军一个加强中队，毙大队长以下200余人。2月17日发布《第一二九师关于坚持平原抗战的指示》，阐明了坚持平原游击战争的方针及相应的游击战术。
4月3日率师主力大部在黎城县上赵栈村接受八路军总指挥朱德的检阅。
5月9日参加师轮训队第一期结业仪式，并讲了话。6月25日在师政治部召开的党的活动分子会议上作《目前部队工作的报告》，系统地讲述了发挥共产党的核心领导作用以及军事工作各方面的工作状况与经验。
7月3日领导军民抗击日军5万余人对晋冀豫根据地进行的大“扫荡”。
7月11日指挥部队在辽县石匣设伏，毙伤日军300余人。
8月13日向记者发表《关于平原游击战争诸问题》的谈话，强调了开展平原游击战争的群众条件和可能采取的战术。
8月22日在师军事研究会上作《第一二九师抗战第二周年的战术报告》。
深入地分析了日军对付抗日根据地的战略战术特点，全面地论述了开展敌后游击战争的一系列战术原则，尤其对袭击、伏击、急袭、吸打敌援、断敌交通等，进行了详尽而具体的解说和发挥。
8月31日召开各旅及晋冀豫边区纵队等单位的供给会议，统一了全师的供给体制和标准。
10月30日作《关于现在紧急动员中河北军区的建设工作》的报告，正确地阐明了军区在战争中的地位、作用，指出它既是蓄积武力的机关，又是使用武力的机关。
11月26日与邓小平向八路军总部发出《为确保太行山阵地我军部署的报告》，提出准备应付国民党顽固派的进攻。
12月阎锡山制造“十二月事变”，采用阴谋手段分化瓦解由共产党创建和掌握的山西抗战决死纵队中的部分队伍。
12月18日至25日指挥部队进行了邯（郸）长（治）战役，歼日伪军760余人，收复邯长公路沿线多处重要城镇，改变了太行根据地受敌顽夹击的不利局势。
1940年48岁
1月1日参加师直属队元旦团拜会，并讲了话。1月18日向各部队发出《第一二九师关于磨擦情况及我各部队加强戒备的指示》，指出主要打击对象应指向日军，但对国民党顽固派也必须提高警惕，以免陷入前门拒虎、后门进狼的危险境地。
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