8 月25日，中央军委任命朱德为总指挥，彭德怀为副总指挥，叶剑英为参谋长，左权为副参谋长。原红军总政治部改为八路军政治部，以任弼时为主任，邓小平为副主任。同日，第八路军总指挥朱德、副总指挥彭德怀通电就职，决心“效命疆场，誓驱日寇，收复失地，为中国之独立自由幸福而奋斗到底!”9月6日，八路军总部由朱德、彭德怀、任弼时、左权、邓小平诸同志率领从陕西三原县云阳东进。
所属各师先后东渡黄河，向华北抗日前线进军。9月11日，第八路军改为国民革命军第十八集团军(习惯仍称八路军)，第八路军总指挥部改为第十八集团军总司令部(简称集总)，朱德为总司令，彭德怀为副总司令。1938年12月，中央军委决定成立八路军前方指挥部，简称“前指”，设立于晋东南。总指挥朱德，副总指挥彭德怀，参谋长左权，野战政治部主任傅钟，副主任陆定一。1943年9月8日，彭德怀离开麻田总部，同刘伯承一起回延安。10日，又任命杨立三为前指副参谋长。
10月6日，中共中央决定一二九师于总部合并(保留一二九师番号)，仍沿用“前方总部”名义。前方总部总指挥彭德怀，参谋长滕代远，政治部主任罗瑞卿，副参谋长杨立三，供给部部长周玉成，政委周文龙。八路军前总工作由邓小平同志主持。在抗日战争时期，八路军部队不断发展壮大。1937年8月，红军改编为八路军时共4.5万人，遵照中共中央的决定，八路军三个师分别以晋东北之五台山、晋东太行山、晋西吕梁山以及晋南太岳山一带为活动地区，广泛开展游击战争，打击敌人，壮大抗日武装。
10月23日，一一五师政委聂荣臻奉命率一一五师一部创建晋察冀抗日根据地。11月7日，建立了抗日战争时期的第一个军区——晋察冀军区(北岳、冀中、平西、平北、冀东)，此后，又创建了晋绥(晋西北、大青山)、晋冀豫(太行、太岳、冀南)、冀鲁豫(冀鲁豫、鲁西、湖西)、山东(鲁中、鲁南、冀鲁边、清河、胶东、滨海)等军区。到抗日战争结束的1945年8月，八路军的三个师分别兼任山东军区、晋绥军区、晋冀鲁豫军区和晋察冀军区。在八年全面抗战中，各师扩大了编制，又一度组建了第一至第五纵队以及冀察热挺进军等，总兵力由改编时的 4.5 万人发展到102万人。据不完全统计，我八路军共与日伪作战12万次，毙伤、俘虏日伪125万人，创造面积达246万平方公里，人口近1亿的抗日根据地，为中国人民民族解放战争作出了贡献。1947年6月，八路军全部改编为中国人民解放军。
