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1931年1月，任鄂豫皖红4军第10师第30团团长。3月至9月，任第33团团长。4月至5月，率部参加第二次反“围剿”作战，后调任红11师副师长兼第33团团长。11月7日，中国工农红军第四方面军在黄安（今红安）县七里坪成立，任阅兵总指挥，指挥了隆重的阅兵式，后任红4军第11师师长。

1932年1月，率部参加商（城）潢（川）战役，打败敌军4个师另1个旅，解放豫南重镇商城等大片地区，此役他身负重伤。7月，调任第25军第73师师长。

1933年2月至6月，指挥所部参加了反“三路围攻”作战，粉碎了四川军阀田颂尧6万余人的疯狂进攻。7月，任红四方面军副总指挥兼第31军军长。同年8月至10月，参与指挥仪（陇）南（部）、营（山）渠（县）和宣（汉）达（县）三次进攻战役。11月至次年8月，协助总指挥徐向前指挥反“六路围攻”作战，共歼敌8万余人，巩固和发展了川陕革命根据地。

1935年1月，参与指挥广（元）昭（化）战役。3月，协助徐向前指挥强渡嘉陵江战役，开始长征。4月至5月，参与指挥土门战役，歼敌1万余人，挺进岷江地区，为迎接党中央和红一方面军作出重要贡献。6月至7月，任岷江纵队司令员，指挥所部在茂（州）威（州）汶（州）地区抗击强敌进攻，有力地 保障了红一、四方面军胜利会师。10月，随部南下川康边地区，先后参与指挥了绥（靖）崇（化）丹（巴）懋（功）战役和天（全）芦（定）名（山）雅（安）邛（崃）大（邑）战役，共歼敌1.3万余人。

1936年3月，率部队进入甘孜道孚炉霍地区，6月，与红军第2、6军团会师，第二次北上。10月，红军三大主力在甘肃会宁会师。接着，红四方面军一部奉中央这委命令，西渡黄河，执行宁夏战役计划，他在病中以教导团团长的身份随部西征。11月，过河部队改称西路军，并成立西路军军政委员会，任西路军副总指挥（后兼第9军军长）、军政委员会委员，参与指挥血战河西走廊的多次战斗。

1937年3月，西路军失败，孤身辗转，历尽千辛万苦，于8月到达陕北延安。毛泽东在窑洞里接见了他，说：“西路军的失败你没有责任”后介绍他去抗大第三期学习。之后，又转入马列学院第一期学习。

1938年4月，任晋冀豫军区副司令员、代司令员，指挥所部开展后游击战争，发展抗日武装，建立抗日根据地。

1940年6月至1943年10月，晋冀豫军区撤销，成立太行军区，任太行军区副司令员，协助刘伯承指挥抗日作战。

1944年9月，率部进入豫西战场，建立抗日根据地，组建了河南军区，任司令员。

1945年10月，奉命率部南下桐柏山，与新四军第5师会合，组成中原军区，任副司令员兼第一纵队司令员和政治委员。接着奉命率部移师光山泼皮河，在极端艰苦的条件下，与兄弟部队一起，牵制国民党军精锐部队30余万兵力达8个多月之久，为同国民党军进行战略决战创造了条件。

1946年6月，参与指挥中原突围，率左路军先后突破敌重兵防守的平汉铁路和汉江防线。8月初，1纵撤销，组成鄂西北军区，任司令员兼政治委员，在武当山区开辟鄂西根据地。

1947年7月，率部随刘邓大军挺进中原，任鄂豫军区司令员，配合刘邓主力，粉碎国民党军“重点清剿”，为重建大别山根据地打开了局面。

1949年5月，任湖北军区副司令员。7月，兼任鄂豫皖边剿匪指挥部司令员和政治委员，统一指挥湖北军区部队和三野、四野各一部，彻歼灭了大别山国民党残匪，活捉敌中将总司令汪宪以下1.5万余人。

1950年5月，任湖北军区司令员。

1951年8月，任中央革命老根据地访问团鄂豫皖分团团长。

1954年1月，筹建中国人民解放军总军械部，致力于研究改善我军的武器装备，加强部队革命化、现代化、正规化建设。2月，任中南军区副司令员兼湖北省军区司令员。9月，任国防委员会委员、国防部副部长。

1955年3月，任总军械部部长。9月，被授予中国人民解放军大将军衔，并获一级八一勋章、一级独立自由勋章、一级解放勋章。

1956年9月，出席中国共产党第八次全国代表大会，当选为第八届中央委员会委员。

1959年4月至6月，参加中国人民军事友好代表团访问蒙古、东德、波兰、罗马尼亚、匈牙利、捷克斯洛伐克、阿尔巴亚七国。1959年11月任军事科学院副院长，协助院长叶剑英元帅致力于军事科学的研究工作。

1960年，组织领导了中国人民解放军各种条令条例的制订工作，还参加徐向前主持的红四方面军战史编委会的领导工作（至1973年结束）。