מלבד זאת, ניסו באותה תקופה כנופיות ערבים וצבא ההצלה לתקוף יישובים יהודיים שונים ושכונות יהודיות בערים המעורבות, ללא הצלחה יתרה, כשהם נהדפים על ידי כוחות "ההגנה", בהם: כפר סאלד, רמת רחל, גוש עציון, משמר העמק ורמת יוחנן. כתגובה להתקפות, יזמה "ההגנה" פעולות תגמול נגד יישובים וכוחות הערבים, כגון פיצוצי גשרים בדרכי התחבורה ופעולות מארבים, חסימות ופשיטות תגמול על יישובים מהם יצאו ההתקפות על מנת להטיל על הערבים מורא ולהפסיקן.
התארגנות צבאית.
כבר בתחילת המלחמה והמאבק על התחבורה, "ההגנה" היווה צבא סדיר למחצה אשר כלל: למעלה מ-32,000 אנשי החי"ם (חיל המשמר), כוח צבאי שנועד להגנת היישובים על ידי תושביהם, כ-10,000 אנשי החי"ש (חיל שדה), כוח צבאי מאומן היטב של צעירים שנועד לפעול מחוץ ליישובים ושימש בסיס לרוב חטיבות "ההגנה", כ-3,000 אנשי הפלמ"ח (שלאחר מכן גייס עוד 4,000 לוחמים) ועוד 1,300 איש בשירותים השונים (שירותי קשר, רפואה, הנדסה, תותחנים ועוד). מאוחר יותר נמנו גם כ-25,000 מגויסים מחו"ל, אנשי הגח"ל והמח"ל שהתפזרו בגדודים השונים ובחילות המקצועיים, וכ-18,000 בני נוער בחיל הגדנ"ע, שסייעו באיוש עמדות ואף נטלו חלק במספר אזורי לחימה בערים.
"ההגנה" התארגנה במהירות להפוך לצבא לכל דבר כדי למנוע את פלישת צבאות ערב הצפויה, והקימה מכוחותיה 12 חטיבות, שכללו: שבע חטיבות רגלים של החי"ש: גולני ללחימה בגליל התחתון ובעמקים, גבעתי ללחימה בדרום, כרמלי ללחימה באזור חיפה והגליל המערבי, אלכסנדרוני ללחימה מהכרמל ועד תל אביב, עציוני בהגנה על ירושלים, עודד באצבע הגליל וקריתי באזור תל אביב ועד בת ים; שתי חטיבות שריון, חטיבה 7 וחטיבה 8, שהתבססו על שריוניות וטנקים ישנים ויועדו בתחילה ככוח עתודה לכוחות השונים, ו-3 חטיבות פלמ"ח: הראל לקרבות בדרך לירושלים ובתוך העיר, יפתח ללחימה באזור הגליל העליון המזרחי ואחר כך בלטרון ובנגב וחטיבת הנגב במרחבי הנגב.
"ההגנה" הקימה במהירות גם מספר יחידות צבאיות שהפכו מאוחר יותר לחילות צה"ל: שירות האוויר, שכלל 25 מטוסים קלים ופעל במשימות סיור, קישור בין היישובים השונים והעברת אספקה; השירות הימי שקם על בסיס הפלי"ם במרץ 1948 ועסק באבטחת הגבולות הימיים של הארץ; שירות ההנדסה, שאיגד את יחידות ההנדסה, הביצורים והחבלה של "ההגנה" והפלמ"ח עם אלפי יוצאי חיל ההנדסה המלכותי הבריטי, שירות התותחנים שכלל תותחי 20 מ"מ, 65 מ"מ (נפוליאונצ'יק) וכן פלוגות מרגמות שפוזרו בין החטיבות השונות, ואת שירות האחסון ושירות האספקה, שעסקו בבניית ביצורים, מחנות ותשתית לוגיסטית לצבא החדש. הפיקוד העליון של "ההגנה" הקים אגף מבצעים בראשות יגאל ידין לתכנון והפעלת היחידות הלוחמות במלחמה ולשכת גיוס, שהחל מפברואר 1948 החלה לגייס חיילים גיוס מלא.
רכש אמצעי הלחימה הוגבר על ידי "ההגנה" באופן מסיבי בעקבות גיוס כספים רחב של הסוכנות היהודית באירופה ובארצות הברית. הרכש כלל, בין היתר, תותחים, מספר טנקים ומטוסים קלים. באפריל 1948 החלו להגיע גם משלוחים גדולים של נשק קל מצ'כוסלובקיה במסגרת "העסקה הצ'כית" שכללו כ־25,000 רובים וכ-5,000 מקלעים, מה שאפשר, בנוסף לנשק שנרכש לפני כן, את גידול "ההגנה" לצבא גדול.
מבצעי "ההגנה" במלחמה.
כנגד הכוחות הערביים.
מטכ"ל "ההגנה" הוציא פקודת-אב לתוכנית בשם "תוכנית ד'", במטרה להשתלט על כל האזורים שנועדו להכלל במדינה היהודית על פי תוכנית החלוקה. ארגון הכוחות של "ההגנה" וריכוזם בחטיבות וגדודים, העמיד את היישוב היהודי בעמדת יתרון אל מול הכוחות הערבים ועוזריהם מצבא ההצלה ומיחידות האחים המוסלמים. הקרבות בחודשים אפריל ומאי, במסגרת תוכנית ד', הוכיחו יתרון זה.
מבצע נחשון, אשר נפתח ב-5 באפריל 1948, היה הראשון בסדרת המבצעים הצבאיים היזומים של ההגנה במסגרת תוכנית ד'. מטרת המבצע הייתה להשתלט על הכפרים הערביים בדרך לירושלים ובכך להבטיח מעבר בטוח אל העיר וממנה. הצלחתו של מבצע נחשון, שנמשך שבוע ימים, הייתה חלקית, שכן ב-20 באפריל שבה ונחסמה הדרך לירושלים, אך עם זאת, ירושלים הנצורה קיבלה אספקה שהייתה הכרחית להמשך קיומה.
במקביל לקרב סביב ירושלים התנהל קרב הכרעה נוסף על ציר חיפה-ג'נין באזור משמר העמק, שם לחם צבא ההצלה הערבי בפיקודו של קאוקג'י, במה שנודע כקרב משמר העמק. מטרת צבא ההצלה בקרב הייתה לכבוש את משמר העמק, לחסום את הדרך מואדי מילק לחיפה ולהתאחד עם הכוחות הערביים שם. הכוח היהודי, בפיקודו של יצחק שדה, עמד בהתקפה ולא הסתפק במגננה אלא גם יצא להתקפות בכפרים הערביים. לבסוף, כעבור עשרה ימי קרבות קשים, הכריעו כוחות החי"ש והפלמ"ח את צבא ההצלה וניתק את חיפה הערבית מן הכוחות אשר בג'נין.
מספר ימים אחר כך, ב-18 באפריל, כבשו כוחות חטיבת גולני את טבריה ותושביה הערבים ברחו. היא הייתה העיר המעורבת הראשונה שעברה לשליטת "ההגנה". שלושה ימים אחר כך, ב-21 באפריל, נכבשה חיפה בתוך 24 שעות על ידי כוחות "ההגנה" ומרבית תושביה הערבים התפנו ממנה.
מיד אחר כך הוצאו לפועל מבצעים נוספים במסגרת תוכנית ד': מבצע יבוסי, אשר נכשל בחלקה הצפוני של ירושלים, אך הצליח בחלקה הדרומי (22 באפריל עד 1 במאי), מבצע חמץ לכיבוש יפו לאחר כישלון האצ"ל לכבוש את העיר (27 עד 30 באפריל), מבצע יפתח לכיבוש צפת והגליל העליון המזרחי (28 באפריל עד 29 במאי) ומבצע קלשון להשתלטות על אזורי המפתח שפינו הבריטים ברגע האחרון בירושלים (14–15 במאי).
באמצעות המבצעים השונים שערכה, הצליחה "ההגנה" להשתלט על מערב ירושלים (מלבד הרובע היהודי שנותר מנותק), להבקיע מסדרון יבשתי בין שער הגיא וירושלים, ולהשתלט על כל המרחב ממערב ללטרון. בדרום כוחותיה כבשו מסדרון ליישובי הנגב. בצפון הצליחו כוחותיה לחבר את הגליל העליון המזרחי אל בקעת כינרות, והגליל המערבי התחבר אל עמק זבולון וחיפה.
הצלחתה של תוכנית ד' העמידה את היישוב במצב אסטרטגי משופר לקראת הכרזת המדינה ופלישת צבאות ערב, הן הודות לשטח שנכבש, הן כיוון שהתרחקות החזית מחיפה ומתל אביב אפשרה הפניית תשומת לב וכוחות לגזרות אחרות.
כנגד פלישת צבאות ערב.
החל מ-14 במאי ובמשך שבועיים עד הקמתו של צה"ל, ניהלה "ההגנה" את בלימת התקדמותם של צבאות ערב שפלשו לשטחה של ארץ ישראל.
בצפון, התקדם צבא סוריה לעבר עמק הירדן, כבש את משטרת צמח, שער הגולן ומסדה, והחל בתקיפה של הקיבוצים דגניה א' ודגניה ב' בכוחות שריון ובסיוע אווירי וארטילרי, אך כוחות "ההגנה" ומגיני היישובים הצליחו להדפם בקרב עמק הירדן. הסורים נסוגו לקו ההתחלה לאחר שנגרמו אבדות כבדות לשני הצדדים.
באזור ירושלים, נלחמה "ההגנה" כנגד הלגיון הערבי של ירדן, שהיה צבא מקצועי ביותר שאומן על ידי הבריטים. הלגיון החל בהרעשה כבדה מאזור עבר הירדן על קיבוץ גשר ומצודת נהריים. קרב זה התנהל ב-27 עד 30 באפריל. הלגיון גם נטל חלק בהתקפה על גוש עציון, וב-13 במאי, יום לפני הכרזת המדינה, נפל כפר עציון ו-242 חברי הקיבוץ ולוחמי הפלמ"ח והחי"ש נהרגו תוך כדי הקרבות, כשחלקם נורו למוות לאחר שנכנעו לכוחות הלגיון וערביי האזור. חטיבת הראל של הפלמ"ח פתחה ב-8 במאי במבצע מכבי נגד צבא השחרור הערבי ששהה לאורך כביש ירושלים ובאזור לטרון על מנת לפתוח את הדרך לירושלים. למרות קרבות ממושכים ומספר גדול של הרוגים, נשארה הדרך לירושלים חסומה ולטרון עברה לבסוף ללגיון הירדני.
בדרום, הצבא המצרי נכנס לעזה ב-15 במאי והחל להתקדם בשני טורים: לאורך כביש החוף לכיוון תל אביב, ודרך באר שבע לחברון ולירושלים. ביד מרדכי נערך קרב קשה, אך הקיבוץ נפל לאחר חמישה ימי לחימה.
פיטורי הרמ"א והקמת צה"ל.
עוד ב-1947 חתר דוד בן-גוריון לביטול המפקדה הארצית שניהלה את "ההגנה", על מנת שלא לערב גוף אזרחי בניהול המקצועי של הצבא. ב-2 במאי 1948 שלח לרמ"א (ראש המפקדה הארצית), ישראל גלילי, מכתב המודיע על סיום כהונתו וזה נכנס לתוקף למחרת. אולם גלילי היה מוערך מאוד בקרב חברי המטכ"ל. החלטה זו, יחד עם החלטה נוספת להעדיף את יוצאי הצבא הבריטי, שהתבטא במינוי מרדכי מקלף למפקד פיקוד מרכז, עורר זעם אצל ראשי אגפים במטכ"ל והם הגישו לבן-גוריון מכתב המאיים בהתפטרות אם גלילי לא יוחזר. מרד גנרלים זה הסתיים במינוי גלילי לעוזר שר הביטחון במקום תפקידו הקודם.
תוך כדי סערת הקרב ובטרם החלה ההפוגה הראשונה במלחמת העצמאות, פורסמה על ידי הממשלה הזמנית ב-26 במאי 1948 "פקודת צבא ההגנה לישראל", שהפכה את ארגון "ההגנה" לצבא סדיר, והמפקדה הארצית שלו פוזרה. צה"ל הוקם ב-1 ביוני 1948. חברי מטכ"ל "ההגנה" המשיכו לשרת בתפקידיהם במטכ"ל צה"ל (כשרמטכ"ל "ההגנה", יעקב דורי, הפך לרמטכ"ל הראשון של צה"ל), חטיבות "ההגנה" הפכו לחטיבות צה"ל והשירותים השונים של הארגון הפכו לחילות צה"ל.
הגיוס וההשבעה לארגון.
חברי "ההגנה" באו מכל שדרות היישוב. רובם של המגויסים היו קשורים אל תנועת העבודה בארץ ישראל. רבים מהם היו חברים קודם לגיוסם אליה בארגונים: "השומר", "הגדודים העבריים" ו"גדוד העבודה". הנסיבות והתנאים לקבלה לארגון השתנו במשך השנים. בשנות השלושים, היו אנשי "ההגנה" בודקים את המועמד. כאשר היה חשש או חשד מסוים שהאדם נוטה לתנועה הרוויזיוניסטית, או נמצא קשר בינו לבין האצ"ל והלח"י, היו מציבים למועמד אדם שתפקידו היה לעקוב אחריו ולאסוף מידע.
טקס השבעה הונהג ב"הגנה" מאז שנות העשרים. מרכיביו היו דומים לטקס ההשבעה שהתקיים בארגון "השומר". המגויסים היו מוזמנים אל אתר נבחר, ובנוכחות מפקדים נשבעו בהחזיקם ספר תנ"ך ואקדח. בשנות הארבעים שונו הנוהלים והמצטרפים הושבעו שבועה כללית ושבועה על נשק.