抗日戰爭中，八路軍的番號實際上隻用了不到一個月，便改為第十八集團軍。但人們仍習慣地叫他八路軍。

１９３７年七七事變爆發，標誌著中國全麵抗日戰爭的開始。幾天後的７月１４日，中共中央革命軍事委員會發布命令：紅軍以軍為單位改組為國民革命軍編製，限１０天內準備完畢，待命抗日。７月１５日，中國共產黨在遞交給國民黨的《中共中央為公布國共合作宣言》中再次重申：“取消紅軍名義及番號，改編為國民革命軍，受國民政府軍事委員會之統轄，並待命出動，擔任抗日前線之職責。”８月６日，紅軍前敵總指揮部命令紅軍集中於陝西省三原、富平、涇陽地區，進行改編和開赴華北抗日前線的準備工作。與此同時，中共代表團繼續就紅軍改編問題同國民黨進行談判。

８月１３日，日軍開始向上海的中國軍隊發動進攻，戰火一下子燒到了國民政府統治的心髒地區。在此形勢下，國共雙方終於就紅軍改編問題達成了一致意見。８月２２日，國民政府軍事委員會正式宣布紅軍主力改編為國民革命軍第八路軍，並委任朱德、彭德懷為正、副總指揮。８月２５日，中共中央軍委發布改編命令，宣布紅軍主力改編為國民革命軍第八路軍（簡稱八路軍），紅軍前敵總指揮部改編為第八路軍總指揮部。改編後的八路軍下轄３個師６個旅１２個團，共４.６萬人。改編的當天，朱德、彭德懷等八路軍高級將領即發表就職通電，宣告部隊已改編完畢，即將東進抗日。此後，八路軍各部陸續開赴華北抗日前線。

八路軍以朱德為總指揮，彭德懷為副總指揮，葉劍英為參謀長，左權為副參謀長，任弼時為政治部主任，鄧小平為政治部副主任。下轄的陸軍第一一五師，以林彪為師長，聶榮臻為副師長；陸軍第一二Ｏ師，以賀龍為師長，肖克為副師長；陸軍第一二九師，以劉伯承為師長，徐向前為副師長。1937年9月11日，國民政府軍事委員會按照全國陸海空軍戰鬥序列，把各“路軍”改編為“集團軍”。並下達命令：將第八路軍改稱第十八集團軍，八路軍總部改稱第十八集團軍總司令部。朱德改任總司令，彭德懷改任副總司令。9月14日，朱德、彭德懷發布八路軍改為第十八集團軍的通令。

在抗日戰爭時期，中國共產黨領導的部隊主要有八路軍、新四軍、華南抗日縱隊（習慣上稱華南抗日遊擊隊）和東北抗日聯軍，它們分別戰鬥在華北、華中、華南和東北等地區。

抗日戰爭爆發後，國民政府大本營和軍事委員會為抵禦日軍的進攻，在軍事體製上將全國劃分為若幹戰區．戰區以下以集團軍、軍團來統轄各軍、師進行作戰。抗戰初期，設有9個戰區、33個集團軍、38個軍團，兵力有建製軍104個(其中有四個新編軍)、騎兵軍5個、步兵師228個、騎兵師12個、炮兵團22個。

附：十八集團軍編成時被授予將軍軍銜的將領

中將 ：

朱　德　1937.9 第二戰區副司令長官兼第十八集團軍總司令

彭德懷　1937.9 第十八集團軍副總司令

葉劍英　1937.9 第十八集團軍參謀長

林　彪　1937.9 第十八集團軍115師師長

賀　龍　1937.9 第十八集團軍120師師長

劉伯承　1937.9 第十八集團軍129師師長

蕭　克　1937.9 第十八集團軍120師副師長

宣俠父　1937.9 第十八集團軍總參議

少將：

左　權　1937.9 國民革命軍第十八集團軍副參謀長

聶榮臻　1937.9 國民革命軍第十八集團軍115師副師長

周　昆　1937.9 國民革命軍第十八集團軍115師參謀長

陳　光　1937.9 國民革命軍第十八集團軍115師343旅旅長

周建屏　1937.9 國民革命軍第十八集團軍115師343旅副旅長

徐海東　1937.9 國民革命軍第十八集團軍115師344旅旅長

黃克誠　1937.9 國民革命軍第十八集團軍115師344旅副旅長

周士第　1937.9 國民革命軍第十八集團軍120師參謀長

張宗遜　1937.9 國民革命軍第十八集團軍120師358旅旅長

李井泉　1937.9 國民革命軍第十八集團軍120師358旅副旅長

陳伯鈞　1937.9 國民革命軍第十八集團軍120師359旅旅長

王　震　1937.9 國民革命軍第十八集團軍120師359旅副旅長

徐向前　1937.9 國民革命軍第十八集團軍129師副師長

倪誌亮　1937.9 國民革命軍第十八集團軍129師參謀長

王宏坤　1937.9 國民革命軍第十八集團軍129師385旅旅長

王維舟　1937.9 國民革命軍第十八集團軍129師385旅副旅長

陳　賡　1937.9 國民革命軍第十八集團軍129師386旅旅長

陳再道　1937.9 國民革命軍第十八集團軍129師386旅副旅長

附2：關於第二戰區和太原會戰

1937年8月20日，國民政府頒發大本營關於國軍戰爭指導方案，成立了第二戰區，任命閻錫山為司令長官。10月13日軍事委員會任命黃紹竑為副司令長官，作戰區域在晉、察、綏。該戰區成立後，首先編成第六、第七兩個集團軍。駐綏遠的湯恩伯第十三軍亦隸屬第二戰區。此後，由中國共產黨領導的第十八集團軍以及由衛立煌統轄的第十四集團軍等部隊陸續入晉，開赴前線。自9月13日大同失守至11月8日太原陷落，該戰區進行了太原會戰，中方參戰部隊有第二、第六、第七、第十四、第十八、第二十二等6個集團軍(共15個軍、42個師、11個旅)，約30萬人。