1936年
1月 指挥红二、六军团进入湘中、湘南，调动敌人，尔后转向贵州，到达石阡地区。
2月 指挥红二、六军团占领黔西、大定、毕节。下旬，为避开敌军合围，率部进入乌蒙山区。
3月 22日率红二、六军团巧妙地从敌人100多个团中间穿插而出，在昭通、威宁间越过滇军防线，直趋滇东。28日，进至盘县、亦资孔地区。
4月 为北渡金沙江，与红四方面军汇合，指挥红二、六军团佯攻昆明，甩掉追兵。25日至28日，在石鼓渡过金沙江，进入康藏高原。
5月1日 指挥红二、六军团越过哈巴雪山，到达中甸县。
7月1日 率红二、六军团到达甘孜，与红四方面军胜利会师。会师后，张国焘拉拢红二、六军团，散发反对中共中央的文件《反对毛、周、张、博逃跑主义路线》。对此，明确表示：“张国焘分裂党中央是错误的，这个材料不能散发。”并立即通知红二、六军团各部队：“接到小册子统统收起来。”张国焘企图召开联席会议，以多数压少数，与任弼时以“谁来作报告？如有不同意见，谁做结论”为由予以拒绝。
7月5日 根据中共中央军委命令，红二、六军团和三十二军组成中国工农红军第二方面军，任总指挥。
7月上旬 将红二方面军组成两个梯队，率部由甘孜出发，向哈达铺前进。过草地时，为解决部队食物，组织大家挖野菜，亲自钓鱼，杀掉自己的枣红马，带领干部群众克服困难，征服草地。
9月上旬 率红二方面军到达哈达铺、礼县地区。
9月11日 根据中共中央军委制定的作战计划，指挥红二方面军对陕甘边界展开行动，到20日，攻克成县、徽县、两当、康县，成立红色政权，与红一方面军、红四方面军形成南北呼应之势。
10月21日 率红二方面军抢渡渭河后，在会宁县将台堡与红一方面军会师，胜利完成了长征。
11月19日 周恩来带人民剧社来红二方面军慰问，两人在阔别八年后重逢，向周恩来表示，红二方面军拥护中共中央。
11月 按中革军委命令，边战斗边转移。下旬投入山城堡战役。
12月中旬 “西安事变”发生后，根据中共中央命令，从洪德城出发，经环县、庆阳开赴三原、云阳镇一带，准备配合东北军、西北军反击可能来犯之敌。
12月下旬 “西安事变”和平解决，奉命率红二方面军移驻陕西富平地区。
1937年
8月22日至25日 出席中共中央在陕西洛川召开的政治局扩大会议，明确表示拥护全面的全民族抗战路线和独立自主的原则，赞成红军迅速出师，并主动提出将红二方面军一部分部队留在陕北，保卫党中央。会上，被选为中共中央军委委员。会后，红二方面军改编为国民革命军第八路军第一二〇师，任师长。
8月29日 中共中央军委前方分会（后称华北军分会）成立，任委员，并担任一二〇师军政委员会书记。
9月3日至28日 率一二〇师由富平庄里镇出发，东渡黄河，到达晋西北管涔山地区，开展抗日游击战争，创建抗日根据地。
10月 指挥一二〇师配合正面战场的忻口战役，在日军侧后打击敌人，先后袭击南北大常、永兴村、雁门关、王董堡，歼敌400余，切断日军的交通补给线。
11月中旬 太原失陷后，根据中共中央指示，指挥全师在北起大同口泉、南到汾阳的同蒲铁路以西地区全面开展游击战争，独立自主地发动群众，扩大自己，创建敌后抗日根据地。
1938年
1月13日 与朱德、彭德怀、林彪、刘伯承赴洛阳参加蒋介石召集的第二战区师长以上军官会议。
2月中旬 指挥一二〇师主力在同蒲路北段展开破袭战，攻占平社、豆罗车站，切断忻口至阳曲的交通线。
3月4日 至4月1日指挥一二〇师打击侵入晋西北的日寇，先后收复岢岚、五寨、神池、偏关、河曲、保德、宁武7城，歼敌1500余人。
6月 根据中共中央指示，组织一二〇师部队向东向北发展：宋时轮支队东进与平西支队会合，挺进冀东；三五九旅进入桑干河两岸，开辟以浑源、广灵、灵丘、涞源为中心的北岳区根据地；组织一二〇师大青山支队，挺进绥远，创建大青山游击根据地。
10月29日至11月6日 出席在延安召开的中国共产党六届六中全会。会议期间，受命东进冀中，执行巩固冀中抗日根据地；帮助冀中八路军第三纵队；扩大一二〇师三项任务。
12月22日 率一二〇师主力由岚县出发东进冀中。
1939年
1月25日 率部到达河间惠伯口村，与冀中军区领导机关会合。
2月2日 指挥曹家庄战斗，歼敌140余人。
2月4日 指挥大曹村战斗，歼敌300余人。
2月13日、19日 主持召开一二〇师与冀中区党政军联席会议。在会上，针对冀中情况，提出冀中区反围攻的指导思想；提议由一二〇师担负冀中的主要作战任务，冀中军区抽出部队进行整训。会上，组成冀中区军政委员会，任书记。
3月1日 指挥黑马张庄战斗，歼敌130余人。
3月中旬至4月初 将一二〇师七一五团和七一六团分别与冀中军区独立四支队、独立五支队合编为一二〇师独一旅、独二旅。
4月23日至25日 指挥一二〇师主力进行齐会战斗，歼敌700 余人，在战斗中中毒，中共中央书记处专电慰问。
8月中旬 根据中共中央指示，率一二〇师主力离开冀中，转移到晋察冀边区的冀西地区待机。
9月27日至30日 在行唐刘家沟指挥一二〇师主力进行陈庄战斗，歼灭日军第三十一大队。
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