为实现全民族抗战，中国共产党在西安事变和平解决之后，即就红军改编为国民革命军和开赴抗日前线等问题，同国民党当局进行谈判。与此同时，中共中央指示红军加强军政训练，待命改编，开赴抗日前线。

１９３７年７月卢沟桥事变爆发的第二天，中共中央即于８日向全国发出通电，呼吁全中国人民、政府和军队团结起来，筑成民族统一战线的坚固长城，抵抗日本的侵略。９日，中国工农红军以毛泽东、朱德、彭德怀等名义致电国民党和南京国民政府：“红军将士以抗日救国为职志，枕戈待旦，请缨杀敌，已非一日。当华北存亡之紧要关头，红军愿立即改名为国民革命军，并请授命为抗日先锋，与日寇决一死战。”８月９日，周恩来、朱德、叶剑英到南京与蒋介石谈判，蒋介石终于接受了红军改编的条件。

８月２２日，国民政府军事委员会宣布，在陕甘宁边区的红军主力部队改编为国民革命军第八路军，辖第１１５、第１２０、第１２９师。每师辖２个旅，每旅辖２个团，每师编制定额为１．５万人，列入第２战区战斗序列。

８月２５日，中共中央革命军事委员会发布改编命令，将红军前敌总指挥部改编为第八路军总指挥部，以朱德为总指挥，彭德怀为副总指挥，叶剑英为参谋长，左权为副参谋长，任弼时为政治部主任（后王稼祥），邓小平为政治部副主任。辖３个师和１个特务团，共４．６万人。所属第１１５师由红一方面军第１军团、第１５军团和红军第７４师等部编成，林彪任师长，聂荣臻任副师长，周昆为参谋长，罗荣桓为政训处主任；第１２０师由红二方面军和红军第２７、第２８军等部编成，贺龙任师长，萧克任副师长，周士第为参谋长，关向应为政训处主任；第１２９师由红四方面军和红军第２９、第３０军编成，刘伯承任师长，徐向前任副师长，倪志亮为参谋长，张浩为政训处主任。同时，八路军在延安设立后方留守处（后改称留守兵团），萧劲光任主任，担负保卫陕甘宁边区的任务。

９月１１日，国民政府军事委员会按新的全国统一的战斗序列，将八路军改称第１８集团军，总指挥部改称总司令部，正副总指挥改称正副总司令。根据国共双方达成的协议，八路军先后在西安、太原、兰州、上海、南京、武汉、重庆等地设立了办事处或通讯处。

红军改编为八路军后，８月２９日，正式成立中央军委前方军分会（后称华北军分会），朱德任书记，彭德怀任副书记。在前方军分会领导下，各师成立军政委员会。１０月２２日，中共中央、中央军委决定恢复因受国民党干涉而取消了的政治委员制度和师、旅政治部及团政治处的名称。任命聂荣臻为第１１５师政治委员，关向应为第１２０师政治委员，张浩（后邓小平）为第１２９师政治委员。从而，在组织上和政治思想上有效地保证了共产党对八路军的绝对领导。在实行抗日民族统一战线的复杂环境中，坚持了独立自主的原则，保持了红军的光荣传统和人民军队本色。

八路军第１１５师主力于８月２２日由陕西三原地区出征，第１２０师主力和第１２９师主力先后于９月３日和３０日，由陕西富平县庄里镇出征，八路军总部于９月６日由陕西泾阳县云阳镇出征，开赴华北抗日前线，执行开创抗日根据地，牵制与消耗日军，配合国民党军正面战场作战，发展壮大自己的战略任务。