8年1月，罗炳辉任八路军副参谋长，到武汉从事统战工作，并协助负责抗日军政大学、陕北公学在中南地区的招生工作。1938年9月，返回延安参加中共六届六中全会，会后调任新四军第一支队副司令员，与陈毅互相配合，巩固茅山根据地。1939年5月，罗陪同新四军军长叶挺处理高敬亭问题，此后任江北指挥部副指挥兼第五支队司令员。8月，率部进入津浦铁路以东地区，开辟淮南抗日根据地；同年9月到次年5月，曾指挥部队三打来安。1940年3月，罗炳辉击退国军韩德勤部对半塔集地区的进攻，此后组织开展反扫荡作战。1941年，皖南事变