为了适应国内革命战争向抗日战争转变的需要，1937年1月中国人民抗日军政大学（简称“抗大”）迁至延安。第一军团前往学习的干部共60多人，由陈赓带队赴延安。
“抗大”的前身是中国人民抗日红军大学，是1936年6月在陕西省北部的瓦窑堡（今子长县）成立的，后来迁到保安（今志丹县）。“西安事变”和平解决后才迁到延安，此时组织机构也健全了，自有红军以来，第一次把一、二、四方面军及西北红军的军政干部集合在一起，总结革命战争经验，学习新时期的新思想。
陈赓在“抗大”是学员，还兼任一队队长，这个队的学员全是红军师以上高级干部。在校期间，陈赓才有时间总结多年来的作战经验，回忆了从北伐军东征到八一起义、大别山作战和长征以来，在战争中学习锻炼的体会，觉得收获很大。过去只是讨厌张国焘，对他的某些做法不满，也曾对他的错误进行过斗争，经过“抗大”的学习，加深了对张国焘反党错误的认识，思想上得到了提高。
陈赓在红四方面军工作过，没有架子，善于接近群众，对干部非常熟悉，深得大家信任，愿意和他讲心里话。这时，他本着对中国共产党负责的精神，敢于向中共中央和毛泽东直接反映情况。他说：“据我所知，这些同志哪一个都不是反革命。是我们在这场斗争中做得‘左’了。批评张国焘错误，不应该牵连下面的同志。”毛泽东十分重视陈赓的意见，亲自到禁闭室去找被关押的许世友等人谈话，征求他们的意见，迅速纠正了工作中的偏差。
1937年5月，国民党派出一个“中央考察团”前来陕甘宁苏区。这是十年内战以来，国民党派到苏区的第一个正式代表团，说明国民党和共产党的关系正在逐步改善中。团员17人中大多是黄埔军校出身的国民党的军政官员。由于陈赓在黄埔军人中影响大，所以在这个代表团于28日到达延安后，中共中央就从学校中调出他来和这些人周旋。5月30日，陈赓陪同代表团参加了延安各界举行的“五卅”纪念大会，聆听了毛泽东等人的讲话。平时陈赓也抓紧时间和一切机会，向这些人宣传团结抗日的进步思想，终于使代表团团长涂思宗公开承认：“对红军的抗日情绪与艰苦卓绝的作风，共产党领袖团结的诚恳为至所佩服。”
1937年7月7日，日本帝国主义一手制造了“卢沟桥事变”，悍然发动了全面侵华战争。面临亡国灭种的危险，激怒并唤醒了中华民族，也激化了国民党内部的矛盾，“西安事变”是这一矛盾的总爆发，中国共产党为和平解决事变作出了努力，促使国民党政府开始迈出了对日抗战的步伐，实现了中国历史上具有深远意义的第二次国民党、共产党的合作，迎来了全民族抵御外侮、争取解放的伟大时期。
抗日战争开始后，陈赓被调到红三十一军工作。1937年7月22日至25日，他参加了红军前敌总指挥部在宁夏召开的高级干部会议。然后，第三十一军和整个援西军一起，由司令员刘伯承率领，从甘肃省镇原县南下，经陕西省的旬邑、淳化等县，于8月下旬，到达三原县城西的石桥镇地区。
1937年8月25日，按照国共两党的协议，中共中央革命军事委员会发布命令，宣布红军改编为国民革命军第八路军（后又改称第十八集团军），朱德为总指挥，彭德怀为副总指挥。红军改为3个师，第一一五师师长林彪，第一二○师师长贺龙，第一二九师师长刘伯承。陈赓任第一二九师第三八六旅旅长，下辖2个团，共有5000余人。
9月6日，第一二九师在石桥镇召开抗日誓师大会，陈赓担任大会总指挥。清晨，天上突然来了黑云，接着下起雨来，部队来到会场时，小雨变成了大雨，劈头盖脸洒下来，大家的衣服都湿了。陈赓急忙向刘伯承请示：典礼是否照常进行？或是改期？刘伯承说：“革命的人民军队，只能随时随地充分利用天时地利去夺取胜利，不能让风雨阴晴来左右军事行动的既定安排，何况我们今天是在民族危机、时不我待的紧急关头，召开抗日誓师大会，大雨已经把我们衣服打湿了，躲它还有啥子意思嘛！”
就在这狂风暴雨中，陈赓指挥着几十名小司号员吹起了嘹亮的军号，然后站在阅兵台上用洪亮的声音宣布：“八路军第一二九师抗日誓师大会开始！”接着，刘伯承发表了长篇讲话，举行授旗仪式；政训处主任张浩代表中共中央和中央军委，授给大家红军十年纪念章。
这次改编，对于红军具有深刻的历史意义，标志着国共合作和民族解放战争走上了一个新的时期。但是自从改编消息一传出，就在指战员中引起强烈反响，如何转这个弯子，很多人适应不了，出现了抵制情绪，纷纷表示对国民党怀疑和不满。有人说：“蒋介石杀了我们那么多同志，那么多亲人，这个仇能了结吗？”有人说：“我宁愿回家当农民，也不穿国民党军装，不戴青天白日帽徽！”怕群众怀疑红军变质了。经做工作，向大家说明：红军虽然改编为八路军，政治上仍然是共产党领导等等，指战员的思想弯子才慢慢地转过来。
刘伯承很理解大家的心情，所以讲话时着重地说：“经过我们党的努力，抗日民族统一战线建立起来了。过去，国民党是镇压和屠杀我们的敌人，今天却成了我们的友军，这应该怎样理解呢？我们共产党人是把祖国和人民利益看成是最高利益的，现在大敌当前，国家民族危在旦夕，我们要把主要的斗争矛头指向日本帝国主义。为了抗日救国，挽救国家民族的危亡，我们要把阶级仇恨埋在心里，和国民党合作抗日。从今天起，我们就是国民革命军第八路军第一二九师了。”他提高声音说：“改名字，换帽子，算得了什么？那只不过是个形式而已。我们是人民的军队，这个本质不会变，红军的优良传统不会变，我们要解放全中国的意志也决不会动摇！”刘伯承顺手拿出一顶缀有国民党帽徽的军帽，用手指着上面的青天白日帽徽说：“大家不要看这顶帽子上的帽徽是白的，可是我们的心永远是红的。同志们！为了救中国，暂时和红军帽告别吧！”说完他摘下了红军帽，戴上了这顶帽子。
全师指战员都戴上了新帽子，旧帽子怎么办？大家众口一词地说：“我们要把它包好，永远带在身边。”
然后由刘伯承领着指战员宣誓，大家都跟着他高呼：“日本帝国主义，它是中华民族的死敌！它要灭亡我国，灭我种族，杀害我父母兄弟……为了民族，为了国家，为了同胞，为了子孙，我们只有抗战到底……不把日本强盗赶出中国，不把汉奸完全肃清，誓不回家。”这个时代最强烈的呼声，真是惊天动地。
自从陈赓当上了红四方面军第三十一军军长，以至改编成的第三八六旅旅长，部队中的问题就一齐向他涌来，伤脑筋的事情很多。他的《日记》就多次写出他在建设和巩固部队方面的工作及良苦用心。
8月27日
我上午参加了三十一军政治工作会议，发表了一些关于巩固部队、群众纪律及补充干部缺额等工作的具体意见。下午在司令部听取各师关于改编情况的报告。
8月28日
我对三十一军改编后的工作有如下的意见：
1. 继续开展反张国焘路线的斗争。最近部队表现出一些非常严重的现象。虽然是个别的，如拉夫、把枪支马匹等作为私有，以及一些违反阶级道德的行为，这些完全说明张国焘路线的残余和军阀主义的倾向依然存在。今后应该抓住这些标本例子深入斗争，并给以纪律制裁，在实际工作中继续深入开展反张国焘路线的斗争。
2. 加强共产主义的基本教育和党的领导。要根本肃清张国焘路线的残余和军阀主义倾向，只有提高指战员的政治认识和党的绝对领导，才有保证。
3. 提高部队的军事技术及干部的技术素养。据我这几天考察，最近部队教育较偏重于政治（当然有它的作用），对军事方面不免要松懈些；即使有些军事教育，又过于偏重制式教练，所以至今部队的战术教育还是没有开始，这是重大的损失。在今后的残酷的抗（日）战（争）中，凭着过去的一冲，是无济于事的。
8月29日
早起参加高级干部汇报，听取关于各团连级干部配备的情形。这些干部斗争历史很久，有丰富的战斗经验，但大部政治水平较低，战术素养缺乏，文化水平不高。这里更可证明加强干部教育的重要。
今天召集全军连长、参谋、参谋长上课。上午萧克同志讲授行军和防空，下午我讲铁道运输及渡河。
8月30日
许多干部不安于位，考虑自己的去留，以致影响部队工作，发生纪律松弛的现象……要求各级司令部切实派出参谋检查。
今日军级特组会，各师师级干部参加，主要是检查半年思想意识上不为他人所知的错误。这证明反张国焘路线是有收获的。这些同志正在向布尔什维克道路上迈进着。
8月31日
天雨，下午参加九十三师特别小组扩大会议。他们的发言，均不能从原则上去说明问题，枝枝节节，毫无系统，但已经能勇于揭发一些问题，总算是进步了。以后应加强对这些干部的基本理论教育，引导他们从原则上了解问题是非常重要的。
誓师大会后，陈赓的全部身心都投入了贯彻中共中央洛川会议精神和出师抗日战场的准备工作中去。他终日在几个团奔波，对军政训练、整顿纪律、纠正不正之风、反对游击主义习气，以及武器保管、领导方式、给养卫生……都要调查了解和处理。还要提高警惕性，防止汉奸、特务破坏部队等，忙得不亦乐乎。
就在陈赓行将率领第三八六旅出征的时候，他却意外地得到了一个特大喜讯，离别多年的妻子王根英来了。
陈赓1933年5月从上海去中央苏区后，王根英留在上海做地下工作，12月被叛徒出卖，被捕入狱。她坚贞不屈，在狱中和敌人继续斗争三年多。
“西安事变”发生后，国内政治形势发生很大变化，抗日战争全面爆发后，情况变化更快。1937年8月19日，正在南京参加国民党政府召开的国防会议的周恩来、叶剑英等人，根据和国民党签订的释放政治犯的条款，来到国民党晓庄“反省院”，访问政治犯。当看到全部政治犯名单时，发现绝大部分人都改了姓名，只有王根英、夏之栩和张琴秋3人用的是真名，因此就先把她们3人解救出来，接到了八路军驻南京的办事处。然后又通过她们3人了解到其他人的情况，周恩来、叶剑英又去把那些人也解救出来，然后陆续把她们经西安送往延安。
当脱离了苦海的王根英到达云阳八路军总政治部的时候，总政治部副主任邓小平即打电话告诉了住在三原的陈赓，陈赓急忙骑马赶到云阳镇。陈赓下马，王根英出门迎接，二人在院中相见，伸开双手，热烈拥抱，良久不语。据在场的人说：“当时人们看见陈赓这种举动，开始感到惊奇，但了解了他们夫妇的曲折经历，都为之深深感动。他们在大革命失败时结婚，在敌人追捕中共同生活过短暂时期，之后长期分离，苦难重重。这也是我们党和红军艰苦斗争历程的反映。一旦重逢，二人紧相拥抱是自然的。”
陈赓在8月27日《日记》中写道：
昨日根英由西安到云阳总政治部，小平同志加菜为我们庆贺。并另辟一室，使我们作竟夜之谈。是晚彼此互诉离情，直达深夜，尚无倦意，其快乐有胜于1927年武汉新婚之夕。根英在狱达四年，艰苦备尝，在敌威迫利诱下，始终坚持共产党员的立场，不为动摇，使我对她更加敬佩。从此我俩的爱情更趋稳定，而绝对不可动摇了。
云阳见面后，王根英随陈赓到第三八六旅，直至9月15日她才离开第三八六旅到延安去，进陕甘宁边区党校学习。陈赓在《日记》中写道：
下午，根英离部，准备明日随老柯（庆施）步行去延安。我深为她担心，因为她的体力较差，临时给她一匹编制外瘦弱的马，或可对她稍有帮助。离别时，彼此表面上都故作镇静，但根英已背着我流泪矣。
红军完成改编后，第一一五师和第一二○师首先出动，于9月中、下旬到达山西省北部前线；9月底第一二九师开往山西省，陈赓率第三八六旅由三原县南桥头村出发，随师部行动。
八路军上前线抗日的消息轰动全国。陈赓部队出发前，在部队驻地天天有人来慰问，天天有人来参军。附近农民、学生来慰问的人更多了，还有从西安赶来慰问的，有人送食品，有人送锦旗，还有送“万民匾”的，部队是在爆竹声、锣鼓声、欢呼声、歌声和口号声中出发的。群众的热情激发了八路军指战员的斗志。
经过几天行军，第三八六旅于10月7日渡过黄河进入山西省，10日到达同蒲铁路南段的侯马市。
这一次部队东进，与1936年红军东征的情况大不相同了。那次遇到的是阎锡山部队的拼死抵抗，不准红军踏上山西省的土地。现在，山西省形势异常紧张，日本侵略军已从北面打进了雁门关，攻陷代县、原平，正猛攻忻口；东来的日军从正（定）太（原）铁路线，叩击山西省东面的大门娘子关，山西省军队已自身难保，阎锡山现在不是拒绝八路军东进，而是急盼着八路军快上前线，帮他保卫山西省老家。果然，八路军第一一五师上前线即取得了平型关大捷，歼敌1000余人，击毁汽车百余辆。第一二九师第七六九团也在10月19日，夜袭代县阳明堡飞机场，焚毁敌机24架，歼守敌百余人。
陈赓部队所到之处，人民群众都拥上来欢迎。许多妇女、儿童、老人送来鸡蛋、核桃和红枣，官兵们不收，就硬往怀里塞。有的地方摆设桌子，放上茶水、食品进行慰劳。他们挥舞旗帜，高呼口号，其热情真是溢于言表。
这时陈赓接到命令，急忙率领第七七二团的一个营乘火车赶到太原市，立即前往驻在成城中学校的八路军办事处。周恩来告诉他：原计划调他的旅北进到雁门关一线御敌，由于东边来的日军已占领井陉县，娘子关告急，太原势将沦陷，“你部已无北进的必要，你还是按照原计划，率三八六旅依托太行山脉，配合正面防御的国民党军队，侧击自娘子关西进之敌。”
