במהלך המחצית הראשונה של מלחמת העצמאות (מהכרזת האו"ם בכ"ט בנובמבר 1947 ועד הכרזת המדינה ב-14 במאי 1948) הפכו גדודי הפלמ"ח לגדודים קרביים טקטיים. לקראת סיום המנדט הבריטי ופלישת צבאות ערב, התארגן הפלמ"ח בשלוש חטיבות - חטיבת הראל (חטיבה 10) הייתה השנייה שהתארגנה מבין השלוש. כחטיבה נוסדה ב-16 באפריל 1948, ולמפקדה הראשון מונה יצחק רבין. למטה החדש היו כפופים כל גדודי המרחב שפעלו במרחב ירושלים והפרוזדור המוביל אליה.
מטה הגדוד הרביעי ("הפורצים") בפיקודו של יוסף טבנקין (ואחר כך עוזי נרקיס, יוחנן זריז ודוד אלעזר), שימש כמטה החטיבה. אליו צורפו הגדוד החמישי (גדוד "שער הגיא") בפיקוד מנחם רוסק (ואחר כך יששכר שדמי ומשה בן דרור), והגדוד השישי (גדוד "ירושלים"), בפיקוד צבי זמיר. בשלב מאוחר יותר הוקם הגדוד העשירי ("המשורין") בפיקודו של שלמה שטטהגן (שילוח). הגדודים שהרכיבו את החטיבה פעלו בירושלים ובסביבותיה מפרוץ מלחמת העצמאות:
מטה חטיבת "הראל", שהורכב בעת המלחמה, הופעל למעשה בשתי מערכות. האחת - המערכת המבצעית, שעיקרי תפקידיה היו חיזוק כוחו של מרחב ירושלים והפרוזדור המוביל אליה, שמירה מפני התקפות כוחות ג'יהאד אל מוקאדס והלגיון הערבי, כיבוש שטחים שהיו עדיין בשליטת אותם כוחות ואבטחת התחבורה הנעה מהשפלה לירושלים. במערכת זאת שימשו, בנוסף למח"ט, גם קציני אג"ם, מודיעין ומבצעים. המערכת השנייה, שהייתה מורכבת מהקצינים הממונים על נושאי ההדרכה, עסקה בארגון האימונים. המדריכים החטיבתיים שהיו מסופחים למטה השגיחו על אימוניהם של הגדודים, הפלוגות, המחלקות והכיתות, וקבעו את המועמדים המתאימים לקורסים השונים.
בימים 15-21 באפריל פעלה החטיבה במבצע הראל (שהמשיך את מבצע נחשון), ובמסגרתו העלתה שתי שיירות לירושלים, האחרונות לפני המצור. השיירה הראשונה עברה את הדרך בשלום ואילו את השנייה התקיפו פורעים ערביים, ונגרמו לה אבדות רבות ביניהם קצין המנהלה מכבי מוצרי ומפקד הפלוגה יעקב סטוצקי. מיד לאחר מכן, בין 22 באפריל ו-1 במאי פעלה החטיבה במבצע יבוסי שנועד להשתלטות על הרכסים השולטים על צפון ירושלים ואחר-כך על השכונות הדרומיות שלה, במהלך מבצע זה ספגה החטיבה אבדות קשות בקרב נבי סמואל, שנכשל ובקרב סן סימון, שהצליח. במבצע מכבי (א' וב'), שנערך בימים 1–16 במאי 1948, טיהרה החטיבה את הפרוזדור מירושלים מערבה לאורך דרכי ההר ורכסיו עד שער הגיא, כולל את גבעת הרדאר, אך לא הצליחה לפתוח את הדרך לירושלים. לאחר שהקימה את המשלטים בצידי הדרך, העבירה את האחריות לכוחות גדוד החי"ש "בית חורון" מחטיבת "עציוני", כאשר הנוהג היה שלוחמי הפלמ"ח מסתערים וכובשים ולוחמי החי"ש מגינים ושומרים. בימים 17-19 במאי כבש כוח מהחטיבה את הר ציון, פרץ לרובע היהודי בעיר העתיקה, הכניס כח תגבורת מחטיבת עציוני ויצא משם, למרות בקשותיו של מפקד הרובע להישאר ולנצל ההצלחה. עד היום לא ברורות נסיבות היציאה.
מאוחר יותר, בסוף מאי, השתתפה החטיבה בניסיונות שנכשלו, לכבוש מחדש את גבעת הרדאר; ביולי, בקרבות המוצלחים במבצע דני בגזרה המזרחית שלו, לכיבוש אזור הרטוב, עד המשלט המשותף; בחודש אוקטובר במבצע ההר לכיבוש בית שמש והאזור; ובחודש דצמבר במבצע חורב בסיני, באזור ניצנה ואל מול רפיח.
החטיבה הפעילה בית חולים קדמי וחדר ניתוח, בניהולו של ד"ר יששכרי, במנזר באבו גוש. בקרבות ירושלים נפלו 352 מלוחמי החטיבה. רבים מנופלי החטיבה בקרבות בהרי ירושלים ובירושלים נקברו בבית הקברות בקיבוץ קריית ענבים. לאחר המלחמה הוקמה בבית קברות זה אנדרטה בתכנונו של הצייר והפסל מנחם שמי, שבנו סרן אהרן (ג'ימי) שמי, שנפל במבצע "ההר" קבור במקום.
אנדרטה מרכזית, לזכרם של 431 חללי החטיבה במלחמת העצמאות, הוקמה בגן חטיבת פלמ"ח הראל, במעלה גן סאקר, ליד בית המשפט העליון בירושלים. אנדרטה מרכזית נוספת, לזכרם של חללי החטיבה במלחמות ישראל, הוקמה על גבעת הרדאר וניצבת כיום בלב היישוב הר אדר.
מבצע קדש.
במבצע קדש החטיבה בפיקוד אל"ם שמואל גודר (גורודצקי), כללה 3 גדודי חי"ר - גדוד 104 בפיקוד רס"ן מנחם רוסק, גדוד 105 בפיקוד רס"ן יהודה תמיר, וגדוד 106 בפיקוד רס"ן סולל כהן. החטיבה לחמה בקרב על השליטה על מתחם אום כתף ליד צומת אבו עגילה. המבצע נכשל, ובשל כך מונה ישראל טל למפקד החטיבה במקום שמואל גודר שהודח ביום השלישי למלחמה. היה זה אחד הכישלונות הבודדים במבצע קדש.
בשנת 1959 הוסבה החטיבה והפכה לחטיבה ממוכנת.
מלחמת ששת הימים.
ערב מלחמת ששת הימים החטיבה בפיקוד אל"ם אורי בן ארי וסגנו סא"ל אלדד אבידר כללה שני גדודי חרמ"ש - גדוד 104 בפיקוד סא"ל יגאל בן דוד, וגדוד 106 בפיקוד סא"ל אהרן גל, וגדוד טנקי שרמן - גדוד 95 בפיקוד סא"ל צביקה דהב. בבוקר ה-5 ביוני 1967, בזמן שהתארגנה לקראת מלחמה, הופתעה החטיבה בצפירת אזעקה שבישרה את תחילת המלחמה במבצע מוקד. בשעה 13:00 ניתנה הפקודה לחטיבה "עלו לירושלים, הבקיעו מהפרוזדור צפונה והשתלטו על שטח חיוני מצפון לבירה".
באותו היום החלו כוחות הטנקים לירות לעבר המוצבים הערביים גבעת הרדאר ושייח' עבדול עזיז בעזרת ארטילריה ומטוסי קרב. לקראת ערב, נכבשו היעדים: הרדאר ובית איכסא, ועוד לפני חצות נכבשו כל היעדים - עבדול עזיז וחירבת לאוזה, בית קיקא ווראס אל באד. בחסות החשכה התקדמו הצוותים לכיוון רמאללה, ועם שחר הכוחות הראשונים השתלטו על תל זהרה שעבר לאורך כביש ירושלים-רמאללה, השמידו את כוחות האויב, ובכך חילקו לשניים את הגדה המערבית. בקרבות שייח עבדול עזיז וחירבת לוזה נפלו 15 מלוחמי החטיבה וכן מפקד פלוגה, , אשר קיבל את עיטור המופת. לזכרם הוקם אתר הנצחה בצפון מבשרת ציון הנקרא י"ד אסא.
לאחר שמשימה זו הושלמה, הכוחות נעו במהירות לכיוון ירושלים, בה נלחמו באותה עת כוחות צנחנים כדי לכבוש את תל אל פול, שועפאט, גבעת המבתר והגבעה הצרפתית, עד לצהרי 6 ביוני, תוך קרבות שריון בשריון, הסתערויות ואבדות רבות. התבצע פינוי אווירי של פצועים וכוחות שאינם בקרב ביצרו ואבטחו את אזור הפעולה. לאחר תיקונים של כלי הרכב והטנקים התאגדו הכוחות והתחילו בתנועה דרך ירושלים המשוחררת ומעבר מנדלבאום כדי להצטרף ללוחמים שבעיר.
חלק מהכוח עלה עם הצנחנים לעבר שער האריות, וחלק המשיך דרומה במטרה לתגבר את הכוחות הנמצאים בגוש עציון, בית לחם וחברון.
בצהרי 6 ביוני בשעה 11:30 קיבל הכוח פקודה לכבוש את רמאללה. נווה יעקב ושדה התעופה בעטרות (קלנדיה) נכבשו במהירות. תחת אש חיפוי ותקיפה מהירה, בשעת השקיעה נכבשה רמאללה על ידי הכוח. בבוקר 7 ביוני נשלח גדוד 104 לעבר שכם והגיע אחר הצהריים למחנות חווארה. כאשר הושלמה המשימה מול התנגדות קלה, עיקר הכוחות (גדודים 106 ו-95) ירדו מזרחה לעבר יריחו. בערב כבשו הכוחות את יריחו, כשהמתנגדים בעיר ברחו ועמם פליטים רבים לעבר ירדן.
בחצות הגיעה פקודה נוספת: "נוע מיד ופוצץ את גשרי הירדן", פקודה זו הייתה קשה לביצוע עקב העייפות שהתגלתה בכוח אך עם אלתור של המפקדים ובעזרת חיילי ההנדסה והחבלה פוצצו כל גשרי הירדן - גשר אלנבי, גשר מנדסה (מצפון מזרח ליריחו) וגשר בית הערבה. הגשר הרביעי (גשר אל מע'טס) שהתבקשו לפוצץ, לא פוצץ מכיוון שלא היה קיים כגשר אלא כמעברה (מעבר מים נמוכים).
ב-8 ביוני השתקעו הכוחות בבקעת יריחו, והתארגנו לממשל צבאי ביריחו. בלילה, לקראת תום הקרבות והפסקת האש, קבלה החטיבה פקודה להתרכז מחדש ביחד ולעלות לרמת הגולן בעקבות הכוחות שכבר כבשו אותה, למשימות טיהור השטח שנכבש.
במלחמה נפלו 39 מלוחמי החטיבה ונפגעו עשרות רבות של חיילים.
בגבעת המבתר ניצבות שתי אנדרטאות - האחת, עם שמות כל חללי החטיבה במלחמה זו. השנייה, אנדרטה שהוקמה בסמוך לשרידי המוצב הירדני, עם שמות חללי גדוד 106 וסיירת דוכיפת שנהרגו בקרבות תל אל פול וגבעת המבתר.
סיפורה של חטיבה 10 הראל במלחמת ששת הימים מונצח גם באתר גבעת התחמושת, לצד הנצחת מורשת חטיבת הצנחנים במילואים 55 והחטיבה הירושלמית, שפעלו במשולב לכיבוש החלק המזרחי של ירושלים ואיחודה.
גדוד השריון 95, שהיה חלק מהחטיבה במלחמת ששת הימים, הועבר בתחילת שנות ה-70 לחטיבה 4. הגדוד הקים אנדרטה להנצחת חלליו ביער המגינים.
מלחמת יום הכיפורים - חטיבה 164.