途中被敵人切斷，率七十四師一部折回皖西。皖西北道委決定組建紅二十八軍，任軍長，在皖西堅持鬥爭。紅二十五軍到達鄂東後，省委召開擴大會議，增補為鄂豫皖省委委員。
1934年4月，與吳煥先率領的紅二十五軍在河南省商城縣豹子巖會師，合編為紅二十五軍，任軍長，吳煥先任政委。
5月以後，與吳煥先率領紅二十五軍打了許多勝仗，粉碎了敵人對鄂豫皖革命根據地七月至十月的三個月“圍剿”計劃。
11月，根據中央指示，為準備長征，與吳煥先等同志率領紅二十五軍突破敵人四道封鎖線，從皖西轉移到鄂東北。
11月11日，省委遵照黨中央指示，決定紅二十五軍以中國工農紅軍北上抗日第二先遣隊名義開始長征。改任副軍長。
1935年初，在鄂豫陝省委（由鄂豫皖省委改組為鄂豫陝省委）領導下，紅二十五軍開展了建立鄂豫陝根據地的鬥爭。和吳煥先、程子華等同志率領部隊開展游擊戰爭，粉碎了敵人的反革命“圍剿”，廣泛發動了群眾，建立了革命政權，使紅二十五軍發展到三千七百餘人。
7月，紅二十五軍跨過終南山，到達西安附近，得知中央紅軍北上的訊息，鄂豫陝省委在陝西子午鎮召開緊急會議，決定紅二十五軍離開陝南西征，配合中央紅軍北上。陝南留部分同志堅持鄂豫陝遊擊根據地。與其他領導同志一起率紅二十五軍西進甘肅。
8月，紅二十五軍到達甘肅隴東地區的涇川，政委吳煥先同志英勇犧牲，代理紅二十五軍政委和鄂豫陝省委書記。
9月，在陝北豹子川召開省委擴大會議，決定徐海東任紅二十五軍軍長，程子華改任政委。
9月18日，紅二十五軍到達陝北蘇區永平鎮，與劉志丹同志率領的紅二十六、二十七軍勝利會師，改編為紅十五軍團，任軍團長和陝北省委委員。
10月，率領紅十五軍團，取得了勞山、榆林橋兩次戰役的勝利，有力地配合了中央紅軍的北上。
11月初，黨中央率領中央工農紅軍勝利到達陝北吳起鎮。毛澤東、彭德懷等同志到陝北甘泉縣道佐鋪紅十五軍團部，接見了徐海東和程子華等同志。
11月3日，蘇維埃中央政府命令，徐海東任西北革命軍事委員會委員、中國工農紅軍第一方面軍第十五軍團軍團長。
11月下旬，紅十五軍團與中央紅軍並肩戰鬥，取得了直羅鎮戰役的偉大勝利，為黨中央把全國革命大本營放在西北，舉行了“奠基禮”。
1936年2月，紅一軍團和紅十五軍團組成中國人民抗日先鋒軍，舉行東征。他率領紅十五軍團，渡過黃河，進入山西，準備開赴河北前線，對日作戰。在山西孝義縣兌九峪戰鬥後，毛澤東同志決定兩軍團分路活動。紅十五軍團揮師北上，逼近太原，直取晉西北。
5月，東征軍回師河西。紅十五軍團回到陝北略事休整。中旬，奉命西征，配合左路軍，迎接紅二、四方面軍北上。
10月8日，中國工農紅軍一、二、四方面軍在甘肅的靜寧、會寧地區勝利會師。他奉黨中央命令，對張國燾做了大量的爭取工作。
11月，紅軍三大主力會師後，他率紅十五軍團一部與紅一軍團並肩戰鬥，奪取了山城堡戰役的勝利。
12月7日，中華蘇維埃中央政府任命徐海東為中央革命軍事委員會委員。
12月，西安事變爆發後，黨中央命令紅十五軍團立即由甘肅海原縣出發開赴商州，與張學良、楊虎城部隊共同防禦親日派的武裝進攻。
1937年2月，西安事變和平解決後，初步實現了國共合作，紅十五軍團奉命由陝西商州、雒南開赴甘肅慶陽驛馬關整訓。
8月，中國工農紅軍改編為國民革命軍新編第八路軍，任一一五師三四四旅旅長。
9月，八路軍開赴華北前線後，率三四四旅參加了著名的平型關戰鬥。
10月，平型關戰鬥結束後，隨朱德、彭德懷同志參加晉東南粉碎日寇九路圍攻的戰鬥。
12月，根據黨中央指示，和王震同志率部再次深入華北敵後開展山地游擊戰。
1938年6月，指揮町店戰鬥，殲滅日軍第二十五師團一個聯隊，斃傷日軍近千人，並擊退來援之敵。
8月，病倒在華北戰場上，後回延安休養。
10月，以中共中央軍事委員會委員的身份列席了黨的六屆六中全會。會後進馬列主義學院學習。
1939年8月，跟隨