9日，第十八集团军总部（即八路军总部，简称集总，下同）发电报向中共中央反映：林彪屡次要求另派政委。罗荣桓仍任师政治部主任。
第一一五师由晋东北南下时，第三四四旅即划归第十八集团军总部，师部直接指挥的第三四三旅（旅长陈光，政委萧华）下辖两个团：第六八五团，团长杨得志、政委吴文玉；第六八六团，团长李天佑、政委杨勇。这两个团在平型关等战斗中伤亡较大。广阳战斗之后，师部派杨勇带一批干部到晋东南扩兵。罗荣桓回到师部时，大批新兵已到。师部除把现有的两个团的兵员补满外，又新组建了一个补充团，由邓克明任团长，符竹庭任政委。
日军侵占太原以后，大举南进，一部西犯逼近黄河，威胁陕甘宁边区。为了保卫陕甘宁边区，第一一五师向隰县、大宁一带开进。随即，第一一五师主力在晋西南一带不仅开展地方工作，帮助成立地方组织、建立武装，并且与敌展开大大小小无数次的殊死战斗。
1938年2月，为了迅速建立文（水）交（城）地区中共基层组织，开辟敌后山区抗日根据地，第一一五师派六八六团的郭伟人、吕塞等协助中共晋西北省委建立了中共文交工委，郭伟人任书记，吕塞任组织部长，司正卿任宣传部长。郭伟人兼交城县游击大队大队长，吕塞兼任大队教导员，依托这支200余人的游击队开展武装斗争，发动和组织群众。
２月上旬，日军兵分三路南下，发动进攻临汾的晋南战役。中旬，第一一五师遵照中央军委关于控制吕梁地区、巩固战略枢纽的指示，进至孝义、灵石地区，侧击由孝义西犯之敌第二十师团左侧支队，先后在孝义县兑九峪、楼底、田家铺三次伏击敌人，重挫日军，毙伤日军400余人，并收复大麦郊（今属交口县）。随后，向石楼、永和、隰县、大宁等地发展。每到一处，便组织群众恢复生产，帮助建立政权，开展游击战争。这时，决死二纵队也跟进活动，有力地配合了第一一五师由侧后钳击南侵日军、开展创建根据地的工作。
1938年3月1日，第一一五师直属队路过隰县以北的千客庄，因部分人员穿着缴获来的日本军大衣，当地驻防的阎锡山第十九军的哨兵以为日寇来了，开枪误伤林彪。罗荣桓立即报告集总和中央军委。当日24时，军委主席毛泽东与军委参谋长滕代远联名致电罗荣桓：“林之职务暂时由你兼代。”但同一天，在毛、滕发电前数小时，集总已决定，由第三四三旅旅长陈光代理师长、李天佑为代旅长。
罗荣桓派人将林彪转送去延安之后，第一一五师的全面工作实际由罗荣桓全面负责。他和陈光重视采用游击战术，率领主力部队迅速进至蒲县至大宁公路一线，在敌人的侧后方，以营为单位，分散预伏在道路曲折、地形复杂的午城、井沟一带的若干个阵地上，此起彼伏地向敌人连续进行袭击。平均一天打一仗，有时一天打两仗。打得赢就打，打不赢就转移到别处打。从1938年3月14日至19日，连续打了5个昼夜，共歼敌千余人、毁敌汽车70余辆，给猖狂西犯的敌人以沉重打击，粉碎了敌人西渡黄河进犯陕甘宁边区的狂妄企图，稳定了晋西南的局势，为吕梁山根据地的建立创造了条件。
午城、井沟战斗之后，国民党第二战区副司令长官卫立煌率领他的指挥机关过河东来。刚刚行至大宁境内，便遭到日军的拦阻。卫立煌进退两难。在这危险时刻，他想到了让友军前来解围，于是要求第一一五师赶快支援。
罗荣桓立即派出司令部侦察科长苏孝顺去找卫立煌联络，并派第六八六团三营前往掩护。第二天，敌人将卫立煌部冲散。为了掩护卫立煌，第三营十一连指战员，在白儿岭顶住了800多敌人的轮番进攻。
已经脱险的卫立煌用望远镜遥望白儿岭，只见整个阵地都处在飞机大炮的狂轰滥炸之下，已成一片火海。他问在那里有几个团，八路军联络人员告诉他，只有一个连。他很惋惜地说：“这个连完啦！”然而，这个连却胜利归来了，全连仅伤亡20余人，得到师部通报表彰。卫立煌也不禁钦佩地说：“八路军真能干！”后来，他特地送给八路军100挺轻机枪、10万发子弹，以表谢意。
汾阳至离石公路上的三次伏击
1938年9月，位于晋西的第115师，根据八路军总部指示，令343旅在汾、离公路上伏击敌军并切断其运输线，以粉碎敌109师团威胁黄河河防与陕甘宁边区之企图。
9月14日拂晓，686团在汾阳县王家池以西的薛公岭设伏。8时左右，东面汾阳敌之汽车20余辆，满载军用
