率领医疗队至中国延安，并在同年5月转到晋察冀边区五台县工作。他视察了当地的医院，发现药物和医疗器械严重短缺、医护人员的技术水平也很低，令他感到难以开展医疗工作。于是白求恩决定成立一所标准化的示范医院，以作为医疗和教学的用途。他就此向毛泽东撰写报告，并向聂荣臻提出设立示范医院的建议；聂荣臻起初认为示范医院会因前线形势的变化而难于维护，但他与叶青山商议后同意了白求恩的建议。该医院由白求恩亲自设计和施工，把一座龙王庙改建为外科病室，设有手术室、消毒室、医务室和洗涤室，用以救治战争的伤员、培训医务干部；同时他让