徐海东指挥直罗镇战役和东征战役。1936年1月兼任红军东征河口渡河司令员，同年8月至1937年1月任保安红军大学第二科科长。1936年12月，任红二方面军参谋长兼红二军团参谋长。
抗日战争时期.抗日战争爆发后，红二方面军改编为八路军第120师，周士第任师参谋长，协助贺龙指挥雁门关伏击战，参与创建晋西北抗日根据地。1939年2月率部挺进冀中，兼任冀中区总指挥部参谋长、冀中军政委员会委员，参与指挥黑马张庄伏击战、齐会战斗、陈庄战斗、黄土岭战斗等。1940年10月，任晋西北军政委员会