日张国焘另立中央的卓木碉会议上，罗炳辉率先发言抨击毛泽东，会后被张国焘封为“中央委员”。1936年7月，红三十二军编入新成立的红二方面军序列，长征到达陕北。1937年1月，进入抗日军政大学学习。
抗日战争时期.1937年7月，七七事变爆发后，第二次国共合作开始。1938年1月，罗炳辉任八路军副参谋长，到武汉从事统战工作，并协助负责抗日军政大学、陕北公学在中南地区的招生工作。1938年9月，返回延安参加中共六届六中全会，会后调任新四军第一支队副司令员，与陈毅互相配合，巩固茅山根据地。