莒县等据点的日军纠集伪军，配置炮数门，轻重机枪若干挺，并携带大车、小车近百辆，孤军进犯沂蒙山区。徐向前指挥部队进行部署围攻，即孙祖战斗，为沂蒙山区八路军的首胜。
重返陕北后方.1940年6月，中共中央来电要求徐向前参加中共第七次全国代表大会，徐向前夫妇于是返回延安、离开山东。同年7月，徐向前在参加一个会议前被马踢伤，胫骨骨折，在医院调养数月。1942年5月，中共中央因为战略考虑，派遣刚出院的徐向前，与贺龙、高岗等一同组建陕甘宁晋绥联防军司令部。由徐向前担任联防军司令部副司令员兼参谋