1937年8月25日，中共中央军事委员会根据国共两党达成的协议，发布红军改编命令，将陕甘宁革命根据地的中国工农红军改编为国民革命军第八路军（9月12日，按战时序列，又称第十八集团军），朱德任总指挥，彭德怀任副总指挥，叶剑英任参谋长，左权任副参谋长，任弼时为政治部主任，邓小平为副主任，下辖一一五师、一二零师、一二九师。
第一一五师由原红一方面军为主编成，师长林彪，副师长聂荣臻，政训处主任（10月改称政治委员，下同）罗荣桓，副主任肖华。下辖第三四三旅，旅长陈光；第三四四旅，旅长徐海东。
第一二零师由原红二方面军为主编成，师长贺龙，副师长萧克，政训处主任关向应，副主任甘泗淇。下辖第三五八旅，旅长张宗逊；第三五九旅，旅长陈伯钧。
第一二九师以原红四方面军为主编成，师长刘伯承，副师长徐向前，政训处主任张浩，副主任宋任穷。下辖第三八五旅，旅长王宏坤；第三八六旅，旅长陈赓。
全军编制共45万余人，全是共产党的火种，真正做到了不让蒋介石的人踏入营门一步。不仅如此，为保证中国共产党对八路军的领导，让八路军坚决执行党中央和军委的命令，为党的路线及政策而斗争，8月29日，中共中央决定成立军事委员会华北分会（简称“华北军分会”），作为八路军开赴前线后，共产党在华北敌后的最后领导机构。朱德为书记，彭德怀为副书记。
这一着非常高明。它保持了党指挥枪的传统，避免了共产党和人民武装在联合抗日旗帜下被国民党堂而皇之地溶化掉的危险，增强了抗战时期和抗战胜利后共产党钳制蒋介石走向反动的资本，从而保证了共产党在斗争中立于不败之地。
红军改编后必须要做的一件事是，脱下他们热爱的红军帽，换上国民革命军的黄军装，戴上青天白日帽。可是，要纯朴的红军战士与搏杀了10年、结下了血海深仇的国民党军捐弃前嫌，携手高唱团结合作曲，他们在思想上、感情上一下子转不过弯来，一时议论纷纷。
有的说：“我参军就是为了打国民党反动派，打来打去，自己竟成了国民党，有这样革命的吗？”
有的更激愤：“蒋介石杀了我们多少共产党员和红军战士，逼着我们爬雪山，过草地，连草鞋上的牛鼻子也吃了，这仇怎能忘！我一看到这黄狗皮、青天白日帽，心里就难受。如果一定要换，我宁可回家当农民！”
为此，各师首长以各种形式做战士们的思想工作，进行形势和政势教育。
9月6日，八路军第一二九师在陕西三原石桥镇举行抗日誓师大会。刘伯承冒着大雨给战士们讲“换帽子问题”。
他说：“共产党人要把祖国和人民的利益看成最高利益。现在大敌当前，国家和民族危在旦夕，我们要把斗争矛头指向日本鬼子。换帽子算得了什么，那只是形式。我们人民军队的本质不会变，红军的优良传统不会变，我们解放全中国的意志也决不会动摇！”
他拿出一顶缀着青天白日帽徽的黄色军帽，用手指着说：“这帽徽是白的，可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！”
战士们都静静地听着，望着，心里亮堂起来。
“换帽子！”随着师长一声令下，全体官兵摘下了有红星帽徽的红军帽，戴上了青天白日帽。
“打倒日本帝国主义！发扬红军的光荣传统！”一片慷慨激昂的口号声在黄土高原上空回荡。一二九师斗志昂扬，冒雨开赴山西抗日前线。
在主力红军顺利完成改编后，根据国共谈判达成的协议，原活动在湖南、江西、福建、广东、浙江、湖北、河南、安徽8省边界地区的红军和游击队，改编为国民革命军陆军新编第四军。12月下旬，新四军军部在汉口成立。军长叶挺，副军长项英，参谋长张云逸，副参谋长周子昆，政治部主任袁国平，副主任邓子恢。全军编为4个支队，共103万人。4个支队的司令员分别为：陈毅、张鼎丞、张云逸、高敬亭。
中国工农红军的改编，表现了中国共产党实行国共合作、坚决抗战的诚意。八路军和新四军在共产党领导下与国民党军队合作，共同抗日，是第二次国共合作的主要内容。国共两党军队的携手合作，有利于全面抗战的开展。
8月25日朱德、彭德怀发表就职通电，向全国人民宣誓：“愿竭至诚，拥护蒋委员长，追随友军之后，效命疆场，誓驱日寇，收复失地，为中国之独立自由幸福而奋斗到底！”
在随后开展的抗日民族战争中，八路军、新四军将士以行动实践了自己的诺言。