1936年3月,率部队进入甘孜道孚炉霍地区,6月,与红军第2、6军团会师,第二次北上。10月,红军三大主力在甘肃会宁会师。接着,红四方面军一部奉中央这委命令,西渡黄河,执行宁夏战役计划,他在病中以教导团团长的身份随部西征。11月,过河部队改称西路军,并成立西路军军政委员会,任西路军副总指挥(后兼第9军军长)、军政委员会委员,参与指挥血战河西走廊的多次战斗。
1937年3月,西路军失败,孤身辗转,历尽千辛万苦,于8月到达陕北延安。毛泽东在窑洞里接见了他,说:“西路军的失败你没有责任......”后介绍他去抗大第三期学习。之后,又转入马列学院第一期学习。
1938年4月,任晋冀豫军区副司令员、代司令员,指挥所部开展后游击战争,发展抗日武装,建立抗日根据地。
1940年6月至1943年10月,晋冀豫军区撤销,成立太行军区,任太行军区副司令员,协助刘伯承指挥抗日作战。
1944年9月,率部进入豫西战场,建立抗日根据地,组建了河南军区,任司令员。
1945年10月,奉命率部南下桐柏山,与新四军第5师会合,组成中原军区,任副司令员兼第一纵队司令员和政治委员。接着奉命率部移师光山泼皮河,在极端艰苦的条件下,与兄弟部队一起,牵制国民党军精锐部队30余万兵力达8个多月之久,为我军同国民党军进行战略决战创造了条件。
1946年6月,参与指挥中原突围,率左路军先后突破敌重兵防守的平汉铁路和汉江防线。8月初,1纵撤销,组成鄂西北军区,任司令员兼政治委员,在武当山区开辟鄂西根据地。
1947年7月,率部随刘邓大军挺进中原,任鄂豫军区司令员,配合刘邓主力,粉碎国民党军“重点清剿”,为重建大别山根据地打开了局面。
1949年5月,任湖北军区副司令员。
7月,兼任鄂豫皖边剿匪指挥部司令员和政治委员,统一指挥湖北军区部队和三野、四野各一部,彻歼灭了大别山国民党残匪,活捉敌中将总司令汪宪以下1.5万余人。
1950年5月,任湖北军区司令员。
1951年8月,任中央革命老根据地访问团鄂豫皖分团团长,热情慰问革命老战士和父老乡亲,挨门挨户访军烈属,深切关心老区建设。
1954年1月,筹建中国人民解放军总军械部,致力于研究改善我军的武器装备,加强部队革命化、现代化、正规化建设。
2月,任中南军区副司令员兼湖北省军区司令员。还出席了第一届全国人大第一次议。
9月,任国防委员会委员、国防部副部长。
1955年3月,任总军械部部长。
9月,被授予中国人民解放军大将军衔,并获一级八一勋章、一级独立自由勋章、一级解放勋章。
1956年9月,出席中国共产党第八次全国代表大会,当选为第八届中央委员会委员。
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