团改为冀鲁豫支队第一大队，任大队长率部。1940年初被任命为新组建的八路军第二纵队第344旅旅长，参加进攻国军石友三部，随后率部南下豫皖苏边区。后第344旅合编为八路军第四纵队第四旅，刘震任旅长，在豫皖苏边区开辟根据地。皖南事变后，第四旅奉命改编为新四军第四师第十旅，刘震任第十旅旅长。随后，新四军第四师遭到国军大规模袭击。刘震建议彭雪枫集中主力进攻国军一路，未被采纳；最终新四军大败，被迫退至皖东北。1941年11月，十旅改归第三师建制。1942年9月起兼任淮海军分区司令员、中共苏北区委副书记、淮海地委书