1936年，改任红二师师长，率部参加了东征战役，进入山西扩充红军势力。同年5月返回陕北，他又率部参加指挥山城堡战役。
抗日战争时期.抗日战争爆发后，黄永胜任八路军115师独立团副团长，率部参加平型关战役，阻击日军援军。此后，与杨成武率独立团进军敌后，配合太原会战，攻占涞源、广灵、蔚县、紫荆关等地。11月，组建晋察冀军区，黄永胜任八路军晋察冀军区第三军分区副司令员，与陈漫远、王平等组织反扫荡战争。1940年，黄永胜升任第三军分区司令员，在阜平、曲阳、唐县、望都地区作战，并参与百团