西安事變後，蔣介石不得不接受共同抗戰的現實。國共兩黨在1937年2月至8月進行了五次談判。蔣介石試圖限制紅軍的行動。首先，他試圖透過限制編制來壓縮紅軍的力量。中共代表周恩來提出了紅軍組成一路軍，下轄4個軍，由林彪、賀龍、劉伯承、徐向前擔任軍長的構想。
然而，蔣介石堅持認為紅軍只能編為2個師8個團。在反復讓步後，雙方最終達成一致，紅軍編制為3個師6個旅。其次，國民黨試圖透過分配番號來削弱紅軍的地位。八路軍的番號原本屬於粵軍，但在1936年6月，粵軍陳濟棠被撤銷番號，這個番號隨後被賦予了紅軍。
為了限制紅軍的實力，國民黨只給予了三個丙種師的編制，這些師下轄2旅4團，兵力最少。另外，115師、120師、129師的番號原本屬於東北軍，然而在1937年初被蔣介石撤銷，而後被授予了八路軍。最後，蔣介石還試圖透過將領改用化名來削弱紅軍的影響。
在談判初期，蔣介石要求朱德、毛澤東必須離開部隊，但遭到了周恩來的堅決反對。直到七七事變後，蔣介石才被迫同意紅軍的改編。他提出八路軍主官必須使用化名，但這遭到了中國共產黨代表的堅決抵制。最終，國共雙方於1937年8月22日達成一致，紅軍改編為八路軍。
蔣介石只給予了4.5萬人的編制，而當時紅軍共有7.44萬人，近3萬人沒有編制。為了讓更多人編入八路軍，115師增設了獨立團，而120師和129師增設了教導團。此外，每個師的騎兵營、炮兵營、工兵營、輜重營等直屬部隊也盡可能擴大了人數。
透過這些辦法，八路軍在成立時實際人數超過了60000人。八路軍改編後，其主力迅速投入到抗戰前線，經過8年的時間，八路軍的主力部隊發展到了100多萬人。
