1936年2月,红一军团和红十五军团组成中国人民抗日先锋军,举行东征。他率领红十五军团,渡过黄河,进入山西,准备开赴河北前线,对日作战。在山西孝义县兑九峪战斗后,毛泽东同志决定两军团分路活动。红十五军团挥师北上,逼近太原,直取晋西北。 5月,东征军回师河西。红十五军团回到陕北略事休整。中旬,奉命西征,配合左路军,迎接红二、四方面军北上。 10月8日,中国工农红军一、二、四方面军在甘肃的静宁、会宁地区胜利会师。他奉党中央命令,对张国焘做了大量的争取工作。 11月,红军三大主力会师后,他率红十五军团一部与红一军团并肩战斗,夺取了山城堡战役的胜利。 12月7日,中华苏维埃中央政府任命徐海东为中央革命军事委员会委员。 12月,西安事变爆发后,党中央命令红十五军团立即由甘肃海原县出发开赴商州,与张学良、杨虎城部队共同防御亲日派的武装进攻。 1937年2月,西安事变和平解决后,初步实现了国共合作,红十五军团奉命由陕西商州、雒南开赴甘肃庆阳驿马关整训。 8月,中国工农红军改编为国民革命军新编第八路军,任一一五师三四四旅旅长。 9月,八路军开赴华北前线后,率三四四旅参加了著名的平型关战斗。 10月,平型关战斗结束后,随朱德、彭德怀同志参加晋东南粉碎日寇九路围攻的战斗。 12月,根据党中央指示,和王震同志率部再次深入华北敌后开展山地游击战。 1938年6月,指挥町店战斗,歼灭日军第二十五师团一个联队,毙伤日军近千人,并击退来援之敌。 8月,病倒在华北战场上,后回延安休养。 10月,以中共中央军事委员会委员的身份列席了党的六届六中全会。会后进马列主义学院学习。 1939年8月,跟随刘少奇同志到华中开展工作。 9月15日,离开延安。奔赴华中后,任新四军江北指挥部副总指挥兼第四支队司令员,艰苦转战在皖东一带。 12月,在皖东周家岗,率领新四军第四支队与日寇激战三昼夜,取得了皖东反扫荡中的一次重大胜利。当时,还任中共中央中原局委员,后中原局与东南局合并组成中共中央华中局,任华中局委员。 1940年1月,由于紧张的战斗生活,劳累过度,旧病复发,病倒在皖东战场上。 5月,在安徽省津浦路西根据地休养。 8月,在江苏省淮安一带休养。 1946年8月,在山东诸城、莱阳等地休养。 9月,从山东到大连市休养。 1954年,任中央人民政府人民革命军事委员会委员、第一届中华人民共和国国防委员会委员(一九五八年、一九六四年又连任两届国防委员会委员)。在疗养期间,写了几篇重要回忆录。 1955年9月,被授予中国人民解放军大将军衔,并授予一级“八一”勋章、“独立自由”勋章和“解放”勋章。 1956年9月,当选为中国共产党第八届中央委员会委员。“八大”后,从大连回到北京。 1958年,病情稍有好转,到湖北参观访问,进行调查研究。 1960年,主编红二十五军战史,并向编委会提出,一定要写党、写人民、写集体,不要突出个人。 1962年,红二十五军战史编成后,又一次累得大吐血,病危九天。 1969年4月,带病出席了中国共产党第九次全国代表大会,担任大会主席团委员并当选为中央委员。 10月25日,被林彪、江青反党集团强行“疏散”到河南省郑州市。 1970年3月25日,在林彪、江青反革命集团的残酷迫害下,含恨逝世于郑州。