任八路军115师师长后，将李作鹏带在身边留在八路军115师司令部工作，从而奔赴抗日前线，先后在在国民革命军第十八集团军115师司令部侦察科、作战科任科长。林彪于1938年负伤去苏联治病后，李作鹏继续在115师工作。1938年11月15日，聊城沦陷，范筑先将军殉国，山东地区日军猖狂。1939年1月，李作鹏跟随罗荣桓、陈光，随115师师部以及686团主力进入山东。1939年8月，在梁山战役中，李作鹏奉命率师部直属部队掩护师部转移，遭遇日军施放毒气，李作鹏眼前一片模煳，泪流不止。战役结束后，右眼失明，经罗荣桓