1937年8月25日，中国工农红军改编为国民革命军第八路军(同年9月改称第十八集团军)。林彪担任115师师长，聂荣臻为副师长，罗荣桓为政训处主任(后改为政治部主任)。陈光任343旅旅长，这是一支战斗力很强的部队。115师参加平型关战斗，实际上主要是陈光旅的两个主力团。（图为1937年11月，陈光（右）在广阳战斗中观察日军动向。）
1938年3月1日，115师师长林彪因身穿日军军大衣而被阎锡山军队哨兵开枪误伤，后回延安并转赴苏联治疗。谁来接替林彪的位置，就成了当务之急。副师长聂荣臻当时已到了晋察冀，徐海东的344旅又已划归十八集团军总部直接指挥，代师长的候选人只有师政治部主任罗荣桓和343旅旅长陈光。当天夜间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。”但由于当时十八集团军总部在太行山，情况紧急来不急与中央军委协商，同一天，在毛泽东、滕代远致电前数小时，十八集团军总部已决定：由343旅旅长陈光代理师长。最后，毛泽东同意了十八集团军总部的决定。就这样，陈光担任了为时达5年之久的115师代师长。（图为1938年7月，第一一五师政治部“七七”抗战一周年纪念大会期间在孝义县合影。左起罗荣桓、符竹庭、陈光、陈士榘等。）
在此期间，陈光与罗荣桓密切配合，率领部队从晋西征战到山东，先后取得了午城、井沟战斗的胜利，薛公岭、油房坪、王家池三战之捷，取得了山东樊坝、梁山等战斗的英勇战绩，还打了一场一直备受争议的陆房突围战斗。（图为1938年，第一一五师与中共北方局部分干部在晋西孝义县碾头村留影。前排右起：王秉璋、林月琴、郭明秋、张友清；二排右起罗荣桓、杨尚昆、林枫；后排中为陈光。）
