8月上旬，中央红军恢复红一方面军番号，随即与红四方面军混编成左?右两路共同北上。
红三十二军与由原红五军团改编的红五军被编入左路军，随红四方面军主力一起行动。
8月下旬，中共中央?中革军委率由红一方面军主力和红四方面军一部组成的右路军走出草地，到达班佑地区。
红四方面军一部也走出草地到达阿坝地区。
此后，张国焘按兵不动，拒不执行中共中央确定的北上方针，并企图分裂中央及红军。
被编在左路军的红三十二军此时仍滞留在松岗?孟沽?卓克基一线，作为左路军的后卫。
对于张国焘的分裂行动，红三十二军并不了解，但中共中央确定的北上方针他们却是清楚的。
因此，在左路军大部分部队走出草地到达阿坝地区后，红三十二军也要求北上。
不过由于其电台密码已被张国焘收缴，译电员也全被换掉，与中革军委无法取得联系，红三十二军只得向左路军有关方面请示。
结果被告知，仍需在原地筹粮?整训?做群众工作，待命北上。
然而，红三十二军一直未等到北上的命令。
9月中旬，张国焘强行命令左路军先头部队红五?红九?红三十一军各一部，右路军之红四?红三十军等分别从阿坝?包座地区南下，向大金川江流域的马塘?松岗?党坝一带集结。
随后，张国焘令红四方面军全部南下川康边，准备在那里建立根据地。
红三十二军与红五军亦被裹挟南下。
何长工对此事作过这样的回忆:“因为我们电台已调换，隔绝了与中央的直接联系，在处境困难之际，我们再三考虑，我们军团(指原红九军团)不能在大分裂后再来个小分裂，出于无奈，被迫只好违反中央北上抗日的正确方针，饮恨随张国焘南下，向天全?芦山?名山一带进军。”
张国焘为执行其错误的南下方针，于10月先后令红军南下部队发起绥(靖)崇(化)丹(巴)懋(功)战役和天(全)芦(山)名(山)雅(安)邛(崃)大(邑)战役。
红三十二军参加了这两次作战，并在红四军一部的配合下于11月下旬相继攻占了荥经?汉源，歼灭国民党军一部。
12月初，国民党军由东面的洪雅地区向荥经进攻，红三十二军与红四军在予敌以重大杀伤后，于12月中旬退出荥经?汉源地区。
在此之前，红四方面军在名山东北百丈地区因遭到国民党军优势兵力的反扑而受到重大损失，被迫退守天全?芦山一带。
1936年2月上旬，国民党军开始向天全?芦山大举进攻。
红军南下部队编为三个纵队，自2月中旬起陆续撤离天全?芦山地区，向康定?道孚?炉霍一带转移。
红三十二军被编入右纵队，随红四方面军一起转移。
在翻过夹金山后，红三十二军于3月进至懋功以南地区，掩护红四方面军主力继续向西转移。
在完成任务后，红三十二军进至西康省的道孚?炉霍一带，并在此进行了短期休整。
4月，红四方面军对部队进行了整编，红三十二军被纳入其编制。
张国焘原准备趁此机会解散红三十二军，何长工为了保存这支部队，亲自找红四方面军政治部主任周纯全等人做工作，这样红三十二军才得以保留下来。
整编后的红三十二军军长为罗炳辉，政治委员为李干辉，政治部主任为幸世修，下辖第九十四?第九十六师。
当时，由湘鄂川黔苏区长征的红二?红六军团正在任弼时?贺龙?关向应等领导下转战于滇西北地区。
为迎接红二?红六军团，实现两支部队的会师，红三十二军奉命由道孚南下，以策应红二?红六军团的行动。
4月中旬至下旬，红三十二军在红四军一部配合下，先后占领东俄洛?雅江?西俄洛，将康定之敌李韫珩部阻于雅江以东，从而保证了红二?红六军团的安全。
5月中旬，红二?红六军团顺利通过雪山草地，前往迎接的红三十二军亦向西发展，攻占了理化。
6月3日，红三十二军在理化以南的甲洼与红六军团先头部队第十六师会师。
两支部队顿时沸腾了，红三十二军的指战员与红十六师的指战员热烈地握手?拥抱，震耳欲聋的口号声?欢呼声此起彼伏。
6月17日，红三十二军和红六军团进抵瞻化(今新龙)县城，与红四方面军第四军会合。
7月1日，红二?红六军团齐集甘孜地区与红四方面军主力会师。至此，红三十二军胜利完成了红四方面军总部所赋予的任务。
7月5日，根据中共中央的决定和中革军委的命令，红二?红六军团与红三十二军合编组成红二方面军。
红二?红六军团依次改称红二?红六军。
红三十二军能够编入红二方面军，应归功于红二方面军的总指挥贺龙。
对此，朱德曾评价道:“贺老总对付张国焘很有办法，不争不吵，向他要人要枪要子弹，硬是要过一个军(即红三十二军)，尽管人数不多。”
编入红二方面军后，红三十二军的军长仍为罗炳辉，原政治委员李干辉调任政治部主任，政治委员一职由袁任远接替，仍辖第九十四?第九十六师。
任弼时?贺龙等人的到来及红二方面军的组成，增强了同张国焘斗争的力量。
在红二方面军指战员的推动和红四方面军指战员的要求下，张国焘被迫同意两军共同北上。
7月中旬，红三十二军由甘孜地区出发，随红二方面军开始北上，并于7月下旬到达阿坝地区。
途中，红三十二军和红六军曾绕经青海省南部的班玛县(当时未设县)境内，并先后在唐牙沟?白玉寺?仁玉寺等地宿营或活动，前后历时12天。
随后，红三十二军又从阿坝地区继续北上，于8月上旬进至包座?巴西地区。
9月上旬，红三十二军随红二方面军总部来到哈达铺地区。
为实现红军三个方面军的大会合，并配合红一?红四方面军的行动，红二方面军总部于9月7日在哈达铺召开会议，根据中共中央的战略部署，制订了夺取甘肃南部成县?徽县?两当?康县等地的作战计划。
红三十二军及红二军主力被编为中央纵队，担负夺取成县?徽县的作战任务。
9月11日，红三十二军和红二军第四师在红二方面军总部率领下，由西固县出发，一路长驱，经礼县的上坪?洮坪?江口，西和县的姜席?十里，成县的纸坊镇等地，直奔成县县城。
9月17日，红三十二军在红四师的配合下向成县县城发起进攻，并全歼守敌，缴枪300余支。
占领县城后，红三十二军即在成县开展宣传?发动群众的工作。
9月25日，国民党军以一个旅又一个补充团的兵力向驻成县的红三十二军发起反扑。
红三十二军在成县西部的船坝?小川镇一带迎击来敌。后红二军根据红二方面军总部的命令前来增援。
红三十二军与红二军在予敌以重大打击后，撤出成县，移驻徽县红川地区。
10月4日，红三十二军和红二军在红二方面军总部的率领下由徽县北上。
10月16日，进入通渭县境，继而向单家集?硝河城方向挺进。
此时，红一方面军已根据中共中央的指示南下接应红二?红四方面军，并相继占领了会宁?静宁地区，为红军三大主力会师创造了有利条件。
10月22日，红三十二军在甘肃?宁夏交界的将台堡同红一方面军会师，从而胜利结束了长征。