8月25日，中国工农红军第1方面军第1、第15军团和陕南红军第74师，改编为国民革命军第八路军第115师。
师长林彪，副师长聂荣臻，参谋长周昆，政训处主任罗荣桓，副主任肖华。
第115师辖第343、第344旅和独立团、骑兵营、炮兵营、辎重营、教导营。全师共1.55万人。
第343旅:旅长陈光，副旅长周建屏，参谋长陈士榘。
下辖第685团、第686团。第685团(由红1军团第2师编成):团长杨得志，副团长邓华;第686团(由红1军团第4师编成):团长李天佑，副团长杨勇。
第344旅:旅长徐海东，副旅长黄克诚，参谋长卢绍武。
下辖第687团、第688团。第687团(由红15军团第73师编成):团长张绍东，副团长韩振纪;第688团(由红15军团第75师编成):团长陈锦秀，副团长田守尧。
独立团(由红1军团第1师编成):团长杨成武。
10月，中共中央决定恢复政治委员制度和政治部名称，聂荣臻任师政委，罗荣桓任师政治部主任，肖华任副主任兼第343旅政治委员，黄克诚任第344旅政治委员。
第115师成立后，即奉命由陕西三原县出发，经韩城县芝川镇东渡黄河，向晋东北抗日前线挺进。
9月25日，在山西灵丘县平型关附近设伏，歼灭日军精锐部队第5师团(板垣师团)第21旅团一部1000余人。
尔后，第115师根据中共中央和八路军总部的指示，林彪、罗荣桓率师部和第343旅南下正太铁路阳泉至寿阳段两侧地区作战。
聂荣臻率师独立团、骑兵营共约2000人，留五台山地区，创建晋察冀边抗日根据地。
11月7日，晋察冀军区成立，聂荣臻任司令员兼政治委员。
第344旅在八路军总部的直接指挥下，转战于晋东北、正太铁路东段地区。
1937年11月，师部率第343旅随总部移至晋南洪洞、襄垣、屯留地区，发动群众，补充兵员，增建了第343旅补充团。
1938年2月，为保卫黄河河防及陕甘宁边区，师部率第343旅转战于晋西广大地区。
3月2日，林彪负伤离职，由陈光代理师长。
3月中旬，在午城、井沟地区进行了数次伏击战、予日军一定杀伤。
9月在汾(阳)离(石)公路之薛公岭、油房坪、王家池连续伏击日军，三战三捷，挫败了日军进犯黄河河防的企图。
1938年1月，根据总部指示，第344旅归第129师指挥，继续在正太铁路东段作战，并增建了第689团。
3月，第344旅同由第685团第2营扩编成的第115师第5支队，进至晋东南地区。随后，配合第129师粉碎了日军对晋东南地区的九路围攻。
4月，第689团及第5支队在第129师副师长徐向前率领下挺进冀南。
1939年1至3月初，第344旅配合第129师在冀南粉碎了日伪军3万余人的“扫荡”。
11月，第688团奉命由冀南转赴山东，进至馆陶、冠县等地区，由第129师第386旅旅长陈赓统一指挥。
1939年2月，第344旅特务团、独立团进入冀鲁豫边区，4月与当地武装合编为冀鲁豫支队，辖第1、第2、第3大队，华卓然为支队长。
1940年2月，第344旅编入八路军第2纵队。
1938年7月，第5支队和第129师的津浦支队奉命由冀南转赴冀鲁边地区，开展抗日斗争。
9月下旬，肖华奉命率第343旅部一部由山西到达山东省乐陵，成立了冀鲁边区军政委员会，肖华任书记，并将当地抗日武装统一整编为八路军东进抗日挺进纵队，肖华任司令员兼政委，下辖第5、第6支队和津浦支队。
到1939年上半年，冀鲁边的抗日武装力量扩大到2万余人，开辟了津南、鲁北15个县的地区，创建了冀鲁边平原抗日根据地。
1938年10月，第343旅第685团奉命由晋西南出发，12月进入山东微山湖以西的地区。
次年1月，第685团与山东纵队挺进支队合编为八路军苏鲁豫支队。辖第1、第2、第3、第4、第7大队。
2月，沛县一部伪军投诚抗日，编为独立大队。至4月，部队发展到8000余人，创建了以丰县、沛县为中心的湖西根据地。
5月，支队率主力进入肖县、睢宁、灵壁地区开辟抗日根据地，留第4大队坚持湖西斗争。7月，支队将所属部队整编为第1、第4、第7大队。
1938年12月，第115师第343旅补充团与晋西3个游击队合编为独立支队，坚持晋西斗争。
代理师长陈光和师政委罗荣桓率师部和第343旅第686团由晋西向山东挺进。
1939年3月，在山东郓城西北之樊坝，歼郓城伪保安团800余人。
战后，师部率686团主力与山东纵队第6支队会合。
5月，粉碎了日伪军8000余人的“九路围攻”，歼日伪军1300余人。
在此期间，留运河以西地区的第686团第3营扩编为师独立团，师直2个连扩编为游击第7支队。
7月，师独立团和游击第7支队合编为师独立旅，杨勇任旅长兼政委。同月，津浦支队由鲁西进入鲁南的临沂、费县地区(10月编入山东纵队第2支队)。
8月，师特务营、骑兵连和独立旅第1团一部在梁山南独山庄设伏，歼日伪军300余人。接着，又粉碎了日伪军5000余人对鲁西地区的报复性大“扫荡”。
9、10月，师部和第686团、新扩编的特务团、随营学校分别进入鲁南边区，与山东纵队苏鲁支队(10月调归第115师建制)会合，建立了以抱犊崮山区为中心的根据地。
9月师部将苏鲁豫支队第7大队由苏北调回湖西，改为第3大队，将湖西的第4大队改为第2大队，12月将其调入鲁南。
1940年2月14日，师部率主力一部，攻克白彦。
3月，连续击退日伪军对白彦的3次进攻，歼敌800余人。
随后，又粉碎了日伪军8000余人对抱犊崮山区的大“扫荡”，并讨伐了伪军刘桂棠部。
3月和7月，师独立旅与东进抗日挺进纵队第5支队，协同冀中、冀南军区部队进行了两次讨伐国民党投降派石友三部的战役。
3月，师独立旅同东进抗日挺进纵队第5支队合编，恢复第343旅番号，杨勇任旅长，肖华任政治委员。
4月，鲁西军区成立，肖华任司令员兼政治委员。
同时，鲁西、鲁南的主力部队进行整编;组建了运河支队，黄河支队，东进支队和鲁南支队
6月，苏鲁豫支队第3大队由湖西调往华中，黄河支队调至湖西地区坚持抗日战争。
6月下旬，肖华调任师政治部主任。
7月，陈士榘率师独立支队由晋西到达鲁西，参加了讨伐石友三部的战役。
10月，陈士榘任师参谋长。
同月，成立鲁南军区。此时，第115师已发展到7万余人。
1940年冬，第115师根据总部指示，将所属部队整编为教导第1、第2、第3、第4、第5、第6旅共6个旅。
彭明治、曾国华、杨勇、邓克明、梁兴初、邢仁甫分任各旅旅长;朱涤新、吴玉文(后符竹庭)、苏振华、符竹庭(后张国华)、张国华(后罗华生)，周贯五分任各旅政委。
另师还下辖鲁南军区，司令员张光中，政委邝任农。
1941年1月上旬至2月上旬，教导第3旅在鲁西粉碎了日伪军万余人的大“扫荡”。
5月中旬，教导第2旅主力在鲁南军区和山东纵队第1旅各一部的配合下，对进犯的国民党顽固军王洪九部进行了反击。
9月下旬，教导第6旅冀鲁边区南下至清河区，在山东纵队第3旅一部的配合下，粉碎了国民党顽固派的拦阻，打通了两区的联系。
11至12月间，第115师同山东纵队在沂蒙山区粉碎了日伪军5万余人的“铁壁合围”，歼日伪军2200余人。
1942年，第115师根据中共中央军委“敌进我进”的方针，破袭日伪军据点，制止其蚕食推进。
8月，根据中共中央军委的指示，山东纵队改为山东军区，归第115师指挥。
山东纵队第1旅改为第115师教导第1旅。第115师教导第6旅兼冀鲁边军区，其余部队除保留主力一部外，余部均改为地方武装，归所在军分区领导。
至1942年底，师辖5个教导旅。教导第1旅:旅长孙继先，政委王麓水;教导第2旅:旅长曾国华，政委符竹庭;教导第4旅(兼湖西军区):旅长邓克明，政委张国华;教导第5旅:旅长梁兴初，政委罗华生;教导第6旅(兼冀鲁边军区):旅长邢仁甫，政委王卓如，军区司令员周贯五。
10月，湖西军区划归为冀鲁豫军区。
1943年，根据中共中央决定，第115师和山东军区合并为新的山东军区，罗荣桓任司令员兼政治委员，并为第115师代师长兼政委，黎玉任副政委，肖华任政治部主任。下辖6个军区。
鲁南军区:司令员张光中，政委王麓水;鲁中军区:司令员王建安，政委罗舜初;胶东军区:司令员许世友，政委林浩;清河军区:司令员杨国夫，政委景晓村;冀鲁边军区:司令员邢仁甫;滨海军区:司令员陈士榘，政委符竹庭(后为唐亮)。
第115师、原山东军区所属旅和支队的番号撤销，统一整编为13个主力团，其余充实地方部队。
1944年1月，冀鲁边军区与清河军区合并，成立渤海军区，杨国夫任司令员，景晓村任政委。
山东军区部队继续贯彻“敌进我进”的方针，积极打击日伪军，恢复根据地。
1944年，共恢复和开辟了7000多个村庄的地区，恢复了清河军区与冀鲁边、胶东军区的联系，沟通了滨海、胶东、鲁中、清河军区的联系。
1944至1945年春，山东军区连续发动攻势作战。在一年多的时间内，共歼灭日伪军11万余人，迫使伪军反正1.5万余人，收复县城19座，将日伪军压缩在城镇和主要交通线上。
1945年8月，山东军区将主力部队和基干武装编成8个师、12个警备旅和1个海军支队，向日伪军展开了大反攻，经过1个多月的战斗，歼灭日伪军6万余人，解放了除铁路沿线以外的大片国土。
抗战胜利后，根据中共中央军委指示，罗荣桓率第1、第2、第3、第5、第6、第7师、渤海新编师、东北挺进队、警备第3旅、军区教导团及军区机关部分人员共6万余人，于10至11月，由陆路和海路分3批开赴东北。