После нападения Японии на Китай в июле 1937 года и образования единого национального фронта произошла реорганизация Красной армии, была образована 8-я армия Народно-революционной армии Китая. Линь Бяо назначается командиром 115-й дивизии. Сражаясь с японцами, войска под руководством Линь Бяо одержали ряд побед, в том числе т. н. «Великую победу при Пинсингуане». После тяжёлого ранения Линь Бяо в 1939 году уехал в СССР на лечение. В Советском Союзе он был представителем КПК в Коминтерне. В 1942 году он вернулся в Яньань и стал секретарём Северо-Восточного бюро ЦК КПК. На VII съезде КПК в 1945 году Линь Бяо был избран членом ЦК КПК.