抗日战争爆发，唐淮源升任第三军军长。9月19日（农历八月十五），朱德同唐淮源在山西省阳泉站会面。其后，唐淮源部转战河北、山西，参加了冀西、晋东、晋南等战役。1938年夏，唐淮源率第三军自晋东北转入晋南中条山作战，隶属第五集团军，负责防守中条山中部的闻喜、夏县以东地区。 1941年，唐淮源率领该军，跟随第五集团军前往山西张家镇镇守。1941年5月，日军向中条山发动全面进攻。因战况不利，唐淮源受困于山西夏县，不久即于5月12日在显山（悬山）附近自杀。1942年2月2日，中华民国政府特以1445号褒扬令明令褒