团结协作再树军威在一一五师，陈、罗两位军政主官是下属团结共事的榜样。陈光的急躁和不容易听取别人意见的缺点，为罗荣桓的沉着冷静和谨慎所弥补。两人相互尊重，互相支持。
1939年8月1日建军节前夕，突然有一股日军从汶上向梁山前进。侦察员很快查明，这股敌人属日军第三十二师团，由少佐大队长长田敏江(裕仁天皇的亲戚，十分骄横)率领，约400余人，准备到梁山一带进行“扫荡”，无后续部队。当时，陈光身边直接掌握的部队虽不到1个营的兵力，但附近到处是青纱帐，便于部队隐蔽运动，加之在梁山南边10余公里还有新组建的杨勇独立旅可以调来参战。一直因陆房险恶被动之仗心存窝火的陈光，马上向罗荣桓提出:“吃掉他!不能让他跑掉!”罗荣桓对情况进行了缜密的思考和分析后，同意了陈光的意见。
这一仗打得十分漂亮，全歼来犯日军，部队在打扫战场时，在一个洼地里发现了长田敏江的尸体。梁山战斗创造了我军在平原地区同敌军数量相等，在装备上处于劣势的情况下，全歼日军一个大队的模范战例，提高了一一五师坚持平原游击战的信心和勇气。
梁山战斗的胜利，震动了鲁西，传遍了山东。不久，中央军委发来贺电，表扬参战部队。蒋介石也发来一封嘉奖电报，还送来3万元表示慰劳。梁山战斗后，日军有关部门还专门撰写了“陈光部作战研究”的小册子发至部队，供他们指导作战之用。这场战斗恢复了陈光因陆房战斗而一度下降的声望，也是陈、罗协同指挥作战的光辉典范。
同担责任，陈光淡出军事领导核心由于山东存在着一一五师和作为地方武装的山东纵队这两支平行的党的武装，山东抗日根据地的统一指挥问题一直得不到解决，中共中央最初决定由徐向前、朱瑞负责山东抗日根据地的统一指挥。徐向前离开山东返回延安后，朱瑞领导一一五师确实有困难，1940年7月18日，彭德怀致电毛泽东，建议山东暂由陈、罗统一指挥以等待林彪将来到山东作为领导核心。8月8日，中共中央复电表示同意:“分局、山纵、一一五师师部都应当靠拢，统一领导，一一五师有帮助山纵正规化之责任，陈、罗参加分局为委员，实际上统一军事领导。朱瑞多负分局责任，统一党政军的领导。”陈、罗负责军事和朱瑞负责山东分局，的确是无奈之举，山东党的主要领导人无法指挥军事工作，而一一五师首长由于不是山东党的主要领导而在指挥整个山东的部队方面也有困难。