1937年7月29日和30日，北平和天津相繼為日寇攻陷，蔣介石萬分焦慮。8月1日，南京政府代表張沖急電毛澤東：蔣介石密邀毛澤東、朱德、周恩來速到南京共商國防問題。8月9日，中共中央即派朱德、周恩來、葉劍英飛赴南京，共商國是。
8月12日，中共代表周恩來、朱德又同南京張沖、邵力子、康澤商討中共起草的《為公布國共合作宣言》。13日，日寇大舉進攻上海，國民政府急忙組織淞滬會戰，抵抗日寇燒向蔣介石統治心腹地帶的戰火。自此，蔣介石再無對日妥協之地了。
日寇全面侵華，蔣介石集團受到華北、華東日寇強大軍事攻勢，顧不上壓迫中共軍隊接受苛刻條件。蔣介石急於調遣紅軍開赴華北對日作戰，便做出重大的讓步，同意紅軍的作戰任務是充任戰略的游擊隊，執行側面作戰，協助國民黨軍騷擾與鉗制日軍大部並消滅其一部。
8月18日，南京政府同意將紅軍改編為國民革命軍第八路軍，下編3個師，設立總指揮部，任命朱德、彭德懷為正副總指揮。蔣介石不再堅持派軍官到八路軍任職，只往總部及3個師派聯絡參謀1人。爭執已久的紅軍改編編製及人事問題終於解決了。8月22日，國民政府軍事委員會正式公布紅軍改編的命令。這一天，正好中共中央在洛川召開政治局擴大會議。
8月25日洛川會議閉幕當天，中國共產黨中央革命軍事委員會主席毛澤東和副主席朱德、周恩來向全軍頒布了改編令：
南京已經開始對日抗戰，國共兩黨合作初步成功。為著實現共產黨中央給國民黨中央三中全會紅軍改名之保證，使紅軍成為抗日民族戰爭的模範，推動這一抗戰成為全民族的抗日革命戰爭，以爭取最後的徹底勝利，特依據與國民黨及南京政治談判結果，宣布紅軍改名為國民革命軍第八路軍，著將：
前總指揮部改為第八路軍總指揮部，以朱德為總指揮，彭德懷為副總指揮，葉劍英為參謀長，左權為副參謀長。
總政治部改為第八路軍政治部，以任弼時為主任，鄧小平為副主任。
一方面軍第1軍團、15軍團及74師合編為陸軍第115師，以林彪為該師師長，聶榮臻為副師長，周昆為參謀長，羅榮桓為該師政訓處主任，肖華為副主任。
二方面軍27軍、28軍獨立第1師、第2師及赤水警衛營前總直之一部等部，合編為陸軍第120師，以賀龍為師長，肖克為副師長，周士第為參謀長，關嚮應為政訓處主任，甘泗淇為副主任。
四方面軍29軍、30軍陝甘寧獨立第1、2、3、4團等部，改編為陸軍第129師，以劉伯承為師長，徐向前為副師長，倪志亮為參謀長，張浩為政訓處主任，宋任窮為副主任。
以上各部改編後，人員委任照前總行之。各師改編為國民革命軍後，必須加強黨的領導，保持和發揮10年鬥爭的光榮傳統。堅決執行黨中央與軍委會命令，保證紅軍在改編後成為共產黨的黨軍，為黨的路線及政策而鬥爭，完成中國革命之偉大使命。
同日，中共中央軍委還發表原陝北紅軍改編命令：原陝北紅軍分別編入八路軍的3個正規師，另從紅一、二、四方面軍中抽出部分兵力，組成八路後方總留守處，由肖勁光任主任，下轄8個警備團及385旅旅部和770團團部，負責陝甘寧邊區的保衛。
編後的八路軍編製序列如下：
總指揮：朱德，副總指揮：彭德懷
參謀長：葉劍英，副參謀長：左權
政治部主任：任弼時，副主任：鄧小平
第115師
師長：林彪，副師長：聶榮臻
參謀長：周昆
政訓處主任：羅榮桓，副主任：肖華
第343旅旅長：陳光，副旅長：周建屏
第344旅旅長：徐海東，副旅長：黃克誠
第120師
師長：賀龍，副師長：肖克
參謀長：周士第
政訓處主任：關嚮應，副主任：甘泗淇
第358旅旅長：張宗遜，副旅長：李井泉
第359旅旅長：陳伯鈞，副旅長：王震
第129師
師長：劉伯承，副師長：徐向前
參謀長：倪志亮
政訓處主任：張浩，副主任：宋任窮
第385旅旅長：王宏坤，副旅長：王維舟
第386旅旅長：陳賡，副旅長：陳再道
8月29日，中央軍委決定成立前方分會（後稱華北軍分會）。聶榮臻任該會委員。
9月11日，八路軍按全國統一的戰鬥序列改稱第18集團軍，總指揮、副總指揮改稱總司令、副總司令。