1934年10月，参加长征，任红一方面军干部团第一营营长。在突破湘江和乌江、四渡赤水、攻占娄山关、抢渡金沙江、强渡大渡河等战役中屡建战功。1935年8月，红一方面军与红四方面军会师后，李振亚调任红军左路军总部作战科长，后任红三十三军参谋长。在此之后，张国焘率红军南下，李振亚对此进行了抵制，遭到监禁。1936年11月，参加西路军西征失败，辗转到达延安。随后，调任抗日军政大学第三大队第五中队长兼教官。
抗日战争时期.1937年8月，李振亚任八路军总部高级参谋。1938年冬，跟随叶剑英