国共两党的第二次合作开始后，持续十年的内战结束，红军改编为国民革命军第八路军，东渡黄河开赴抗日前线。
卢沟桥事变发生后，彭德怀、贺龙、刘伯承等红军将领携全体指战员于1937年7月9日致电中国国民政府，请缨杀敌，表示红军“愿即改名为国民革命军，并请授命为抗日前驱，与日寇决一死战”。14日，中共中央革命军事委员会命令红军以军为单位改组为国民革命军编制，限10天内准备完毕，待命抗日。7月15日，中国共产党在递交给国民党的《中共中央为公布国共合作宣言》中再次重申：“取消红军名义及番号，改编为国民革命军，受国民政府军事委员会之统辖，并待命出动，担任抗日前线之职责。”
7月22日至27日，红军前方司令部在云阳镇召开高级干部会议，传达了中央军委指示：“以军为单位改组红军为国民革命军，加强抗日教育及军事训练，限十天准备完毕，待命出动。”
28日，朱德、彭德怀、任弼时电令罗荣桓、邓小平、萧克、宋时轮、宋任穷、贺龙、关向应等并报毛泽东：“部队急待出发”，“拟将一、四方面军集中三原、泾阳区域改编”；“第一、第十五军团及第四军、三十一军，统限于本月三十一日由现驻地出发，于八月八日前到达三原、泾阳地带集中完毕”，“二方面军集中庄里，二十八军暂留原地待命。”洛甫、毛泽东收到电报后，当日电复：“同意朱德、彭德怀、任弼时意见，一、四两方面军，均调三原集中改编。”
8月1日，张闻天、毛泽东就红军作战问题致电红军总部，提出了改编原则。5日，周恩来、朱德、博古、林伯渠等到达云阳红军总部，同彭德怀、任弼时、叶剑英等开会讨论红军改编问题。6日，红军前敌总指挥部命令红军集中于三原、富平、泾阳地区整装待命。7日，彭德怀、任弼时致电中共中央，请示各兵团部队配置方案，提出留守部队防区配置具体意见。同日，毛泽东复电同意。
8月22日，蒋介石承认了中国共产党的合法地位，同意将中央红军改编为国民革命军。当日，国民政府军事委员会正式宣布红军主力改编为国民革命军第八路军（简称八路军）。
8月22日至25日，中共中央在洛川召开政治局扩大会议，史称“洛川会议”。会议通过了《抗日救国十大纲领》，提出了争取抗战胜利的全面抗战路线。
8月25日，中共中央军事委员会发出命令，宣布将中国工农红军第一、第二、第四方面军和陕北红军等部改编为国民革命军第八路军；将红军前敌总指挥部改为第八路军总指挥部，朱德任总指挥，彭德怀任副总指挥，叶剑英为参谋长，左权为副参谋长；总政治部改为第八路军政治部，任弼时为主任，邓小平为副主任。第一军团、十五军团及七十四师合编为陆军第一一五师，林彪为师长，聂荣臻为副师长；二方面军二十七军、二十八军，独立第一、第二两师及赤水警卫营、前总直之一部等部，合编为陆军第一二〇师，贺龙为师长，萧克为副师长；四方面军二十九军、三十军，陕甘宁独立第一、第二、第三、第四团等部，改编为陆军第一二九师，刘伯承为师长，徐向前为副师长。八路军全军共4.6万人，划归阎锡山之第二战区序列，防区划定为晋东北。令朱德三日内将三师编就，月底前开赴山西投入抗日前线。
同日，国民革命军第八路军总指挥朱德、副总指挥彭德怀向中国国民政府、中国国民政府军事委员会、国民党中央军事委员会以及全国各报馆、各民众团体发出就职通电。
为了加强中国共产党对八路军的绝对领导，中共中央于8月29日作出决定：在中革军委领导下，成立前方军事委员会分会（简称前方军分会，后改称华北军分会），由八路军总指挥、副总指挥、总政治部主任和三个师的师长、政训处主任共九人组成，即朱德、彭德怀、任弼时、林彪、聂荣臻、贺龙、关向应、刘伯承、张浩，朱德、彭德怀为正、副书记。在前方军分会领导下，八路军各师成立军政委员会，负责领导全师的军政工作。一一五师军政委员会由林彪、聂荣臻、罗荣桓、周昆、肖华组成，林彪为书记；一二〇师军政委员会由贺龙、关向应、萧克、甘泗淇、王震组成，贺龙为书记；一二九师军政委员会由刘伯承、张浩、徐向前、陈赓、王宏坤组成，刘伯承为书记。
红军改编为八路军后，国民政府军事委员会委员长蒋介石、军事委员会副委员长兼第二战区司令长官阎锡山、第五战区司令长官李宗仁、军事委员会副参谋总长白崇禧、西安行营代主任蒋鼎文、第七集团军总司令傅作义等国民党高级将领纷纷电贺八路军朱、彭正副总指挥。李宗仁、白崇禧贺电“望东指之旌旗，赋同仇而御侮，歼朔方之倭寇，复失地以奏功”。蒋鼎文贺电“率部抗敌，壁垒新增。行见马肥苜蓿，壮秋塞之军容；酒熟葡萄，励沙场之斗志。扬我国威，挫彼寇焰，河山还我，指顾可期”。
9月11日，国民政府军事委员会按全国陆海空军战斗序列，将八路军改称第十八集团军，八路军总部改称第十八集团军总司令部。朱德改任总司令，彭德怀改任副总司令。9月14日，朱德、彭德怀发布八路军改为第十八集团军的通令。但此后仍沿用八路军番号。
改编完成后，八路军总部和第一一五师、第一二〇师、第一二九师分别在三原县，泾阳县云阳镇、桥底镇和富平县庄里镇举行抗日誓师大会后，即东渡黄河开赴山西抗日前线。