1937年抗战全面爆发后，8月9日，中共中央随即派朱德、周恩来、叶剑英飞赴南京，共商国是。8月12日，中共代表周恩来、朱德又同南京张冲、邵力子、康泽商讨中共起草的《为公布国共合作宣言》。由于日军全面侵华，蒋介石急于调遣红军开赴华北对日作战，不得不放弃一些苛刻条件，同意红军的作战任务是充任战略游击队，执行侧面作战，协助国民党军“骚扰与钳制日军大部并消灭其一部”。

8月18日，南京国民政府同意将红军改编为国民革命军第八路军，下编3个师，设立总指挥部，任命朱德，彭德怀为正副总指挥。蒋介石不再坚持派军官到八路军任职，只往八路军总部及3个师派联络参谋1人。争执已久的红军改编编制及人事问题终于解决了。8月22日，国民政府军事委员会正式公布红军改编的命令。这一天，正好中共中央在洛川召开政治局扩大会议。

8月25日洛川会议闭幕当天，中国共产党中央革命军事委员会主席毛泽东和副主席朱德、周恩来向全军颁布了《改编令》：

南京已经开始对日抗战，国共两党合作初步成功。为着实现共产党中央给国民党中央三中全会红军改名之保证，使红军成为抗日民族战争的模范，推动这一抗战成为全民族的抗日革命战争，以争取最后的彻底胜利，特依据与国民党及南京政治谈判结果，宣布红军改名为国民革命军第八路军，着将：

前总指挥部改为第八路军总指挥部，以朱德为总指挥，彭德怀为副总指挥，叶剑英为参谋长，左权为副参谋长。

总政治部改为第八路军政治部，以任弼时为主任，邓小平为副主任。

一方面军第一军团、十五军团及七十四师合编为陆军第一一五师，以林彪为该师师长，聂荣臻为副师长，周昆为参谋长，罗荣桓为该师政训处主任，肖华为副主任。

二方面军二十七军、二十八军独立第一、第二师及赤水警卫营前总直之一部等部，合编为陆军第一二跂师，以贺龙为师长，萧克为副师长，周士第为参谋长，关向应为政训处主任，甘泗淇为副主任。

四方面军二十九军、三十军陕甘宁独立第一、二、三、四团等部，改编为陆军第一二九师，以刘伯承为师长，徐向前为副师长，倪志壳为参谋长，张浩为政训处主任，宋任穷为副主任。

以上各部改编后，人员委任照前总行之。各师改编为国民革命军后，必须加强党的领导，保持和发挥十年斗争的光荣传统。

坚决执行党中央与军委会命令，保证红军在改编后成为共产党的党军，为党的路线及政策而斗争，完成中国革命之伟大使命。

同日，中共中央军委还发表原陕北红军改编命令：原陕北红军分别编入八路军的3个正规师，另从红一、二、四方面军中抽出部分兵力，组成八路军后方总留守处，由萧劲光任主任，下辖8个警备团及三八五旅旅部和七七跂团团部，负责陕甘宁边区的保卫。

8月25日，八路军总指挥朱德、副总指挥彭德怀发表通电，宣布就职，宣告部队已改编完毕，即将东进杀敌。8月29日，中央军委决定成立前方分会(后称华北军分会)。9月11日，八路军按全国统一的战斗序列改称第18集团军，总指挥、副总指挥改称总司令、副总司令。

八路军3个师的番号为一一五师、一二七师、一二九师，原来都是东北军的。西安事变后蒋介石为削弱东北军，对东北军进行“整理”，将17个步兵师整编为10个，这3个师都被找借口裁掉，番号撤销。红军改编八路军时，国民政府军政部长何应钦提出，就把这3个番号授予八路军。

八路军总指挥部（简称八路军总部，又称十八集团军总部、集总）是抗日战争时期中国共产党指挥华北抗日游击战争的最高首脑机关。它由八路军总司令部、总政治部和后勤系统（包括供给部、卫生部、兵站部）组成。云阳镇八路军总部是八路军第一个总部驻地，位于陕西省泾阳县云阳镇文家大院。八路军总部驻云阳期间，组织八路军三个师分别在云阳镇、富平县庄里镇永安村、泾阳县桥底镇举行了抗日誓师大会。

八路军改编期间，还于1937年8月在南京建立了八路军办事处（简称“八办”）。南京“八办”是抗战初期中国共产党和八路军在国民党统治区最早建立的公开办事机构，博古为驻南京“八办”的党代表，叶剑英为八路军代表，李克农为办事处处长。而叶、李两人又系中共中央派出人员，所以南京“八办”同时又是中共中央驻南京办事处。