日本全面侵华后，华北首当其冲成为抗击日军的主战场，而山西又处于华北主战场的中心地位。当年朱德等率领八路军将士近三年浴血奋战山西战场，建立了不朽的业绩。
支持和贯彻东出山西、开展独立自主的山地游击战的战略决策。朱德于1937年8月29日就任八路军总指挥，随后亲率部队东渡黄河，挺进山西抗日前线。在近三年时间里，朱德直接指挥八路军对日作战，同时领导华北军民取得了无数次的反“扫荡”的胜利。1938年春，朱德抓住华北日军南下、兵力空虚之机，部署晋察冀军区、120师、129师分别在平汉路、同蒲路、正太路同时展开破袭战。3月，为策应120师和115师作战，朱德又令129师回师晋东南机动作战，先后取得了神头岭、响堂铺伏击战的胜利。进入相持阶段后，平原地区成为日军的进攻重点，斗争日趋艰难。朱德及时调遣贺龙率120师主力挺进冀中，刘伯承率129师主力东出冀南，罗荣桓率115师主力向冀鲁豫平原及山东发展，巩固发展了平原地区抗日根据地。
1938年9月，日军以5万人“扫荡”北岳区。正在延安参加六届六中全会的朱德致电聂荣臻和各边区领导人，提出晋察冀边区必须动员群众积极参战，应以小部队与敌周旋，而集中主力于有利地区待机歼敌。按此方针和部署，晋察冀边区在兄弟边区配合下，粉碎了日军的这次“扫荡”。朱德与彭德怀率领八路军开赴山西抗日前线后，依托五台山、吕梁山、太行山建立起晋察冀、晋绥、晋冀鲁豫等敌后抗日根据地。在八年抗战中，中国共产党以山西为基点所创造出来的华北四大抗日根据地，即晋察冀、晋冀鲁豫、晋绥以及山东根据地的广大抗日军民共歼灭日军约43万人、伪军约90万人，解放了华北绝大多数的被占领土和人口。
坚决维护抗日民族统一战线。军事上的统一战线是抗日战争中国共两党之间所有合作的最高形式。在华北发动济南战争的初期（主要是太原失陷以前），八路军不但在战略上起着配合友军作战的作用，还在一定程度上担负起在战役和战斗中配合友军作战的任务。忻口会战就是八路军同国民党军队配合作战取得较好成果的一次战役。1937年10月中旬，忻口会战开始。卫立煌担任前敌总指挥，朱德担任第二战区右翼军的指挥。卫立煌正面防御，朱德指挥八路军各部在日军侧后作战，起了重要的配合作用。10月间，日军长驱直入，包围了守卫忻口的卫立煌部队，双方处于对峙状态。朱德立即电令八路军各部从侧背切断日军的交通线。八路军129师一部出兵袭击阳明堡机场，烧毁日机24架。这一战斗的胜利，既狠狠地打击了日军，又减轻了日军对卫立煌部队的空中轰炸压力。
抗日战争中期，面对顽固派的一再挑衅，朱德坚持以民族大义为重，一方面采取自卫原则，另一方面总是尽量进行说明、争取工作，并在不丧失原则的前提下，作些必要的让步，竭力维护抗日民族统一战线。
以灵活多变的战略战术克敌制胜。朱德很重视研究战略战术，总结作战经验，对丰富发展毛泽东军事思想作出了贡献。1937年10月，朱德在山西接受美国记者史沫特莱采访时指出：“抗日战争，在战略上，我们打的是持久战，战术上打的是速决战，而避免阵地战，混合使用运动战和游击战。”1938年8月，朱德在国民政府军事委员会军政部系统地论述了抗日战争的战略战术。他指出：抗日战争在战略上是持久的防御战，在战术上则应采取攻势。在正面集中兵力太多，必受损失，必须到敌人的侧翼活动。敌人作战离不开交通线，我们则应离开交通线，进行运动战，在运动中杀伤敌人。敌人占领我大片领土后，我们要深入敌后作战。在抗战中应该加强政治工作，发动民众甚为重要。游击战是抗战中的重要因素。游击队在敌后积极活动，敌人就不得不派兵守卫其后方，这就牵制了它的大量兵力。他还建议开办游击训练班，使国民党的军队亦能逐步学会游击战争。 1938年，朱德发表了《论抗日游击战争》，全面地、系统地论述了抗日游击战争的性质、意义、作用，游击队的组织方法，游击战的战术原则、活动方针等问题。
朱德在山西指导抗日游击战争的过程中，根据不同的形势，采取相应的作战方针，从而推动了战争的迅速发展。娘子关失守后，忻口守军的后路有被包抄的危险，朱德急令刚到山西的第129师主力和第115师一部，星夜驰援娘子关方向，阻击日军西进，救出了被包围的部分友军，从而为忻口和太原的国民党军争取了宝贵的南撤时间。在忻口方向友军撤退期间，八路军不断截击、伏击日军，支援了友军作战，同时也有力地维护了抗日民族统一战线。
锻造出一支能打胜仗的山西新军。抗日战争爆发后，在山西出现的一支新型的抗日革命武装，它名义上归属于阎锡山的山西军队系统，实际上一直受中国共产党的领导。山西新军包括“青年抗敌决死队”“工人武装自卫旅”“暂编第一师”“政治保卫旅”及“保安旅”五个部分。
朱德对新军的建设十分关心。青年抗敌决死队到太行山区后,由一个团扩充到三个团,加上两个游击团,共有五个团的兵力。朱德当即决定派八路军前方总部二科科长毕占云到决死一纵队担任参谋长，并从129师抽出一个团框架的干部，以加强决死队的军事领导。对于山西新军请八路军派军事干部帮助建军的要求，朱德的态度是“要多少给多少”。后来陆续给新军派过近千名红军军事干部及抗大学员等其他各类干部，他们发挥了很大的作用。这是八路军对山西新军的重大支援。
决死队的主要成分是青年学生，缺乏实战锻炼，八路军总部决定在沁县的西林开办一个训练班,决死一纵队排以上干部和大批优秀的政工人员轮流参加集训。朱德每周一、三、五骑着马来给大家讲游击战术。决死队参加的韩洪战斗没有打好,朱德勉励大家，打仗不能怕打败仗,不能怕牺牲。在朱德的关怀帮助下，决死队逐步成长为一支能打硬仗的坚强队伍。
至1939年夏，山西新军发展到4个决死纵队，1个工人武装自卫纵队，3个政治保卫旅，3个游击队（团），3个保安司令部，1个暂编师，共计50个团，主力部队约7万多人。在整个抗日战争中,山西新军在八路军的强大支援和积极帮助下,作战数千次，有力地打击了日本侵略者，成长为一支能打大仗、恶仗、胜仗的英雄部队，最后融入中国人民解放军序列。这一切，离不开朱德的心血和汗水。
扎根太行，筑起“真正的铜墙铁壁”。毛泽东说过：“真正的铜墙铁壁是什么？是群众，是千百万真心实意地拥护革命的群众。”朱德率部在粉碎日军进攻的同时，把根据地真正建成开展人民战争的铜墙铁壁。在1940年中共晋西北边区掀起的参军、献金、献粮和做军鞋“四大动员”运动中，一次报名入伍的青年约1.5万人，人民一次献粮1357万公斤、献金181万元（银元），妇女一次做军鞋约12万双。在整个运动中，各阶层人民不分贫富，不分官绅商民，为了抗战，慷慨捐献，表现出空前的抗日爱国热情。
朱德特别重视军民关系。他要求部队随时随地保护人民的利益，在任何环境下，宁愿自己困难些，尽可能不要去加重人民的负担，要“把人民看作是自己的父母兄弟姊妹一样，关切他们”。作为总司令，他成为实行这个原则的模范。八路军总部所在的武乡县砖壁村，是一个人畜吃水很困难的地方。1939年夏天，砖壁村一带又久旱无雨，朱德心中非常焦急，他约上了几位老农，钻山沟，绕山梁，到处仔细察看，终于勘定了挖井的地点。军民团结，一齐上阵，不到半个月时间，一眼13丈深的活水井就打了出来。砖壁村村民特地把这眼井叫做“抗日井”，并且在井旁立了纪念碑，上写“吃水不忘打井人，幸福感谢总司令。”直到今天，砖壁村民还传唱着这样的民谣：“抗日井啊抗日井，红砂甜水清粼粼；吃水不忘八路军啊，日夜想念朱总司令。”
1939年12月1日，适逢朱德总司令53周岁生日。当时，正在太行访问的作家杨朔，特地写了一首《寿朱德将军》的祝诗，赞颂朱德指挥华北抗战的大智大勇和光辉业绩：“立马太行旗帜红，雪云漠漠飒天风。将军自有臂如铁，力挽狂澜万古雄。”一向谦逊的朱德却说：“过奖了。我个人的力量只不过是沧海一粟。”随即，朱德和杨朔七绝原韵诗一首：“华北收复赖群雄，猛士如云唱大风。自信挥戈能退日，河山依旧战旗红。”
1940年5月，在华北抗日前线指挥八路军转战了近三年的朱德，将要奉命离开太行，回到革命圣地延安。带着太行军民的深情厚谊，也怀着对太行军民的热切期盼，他写下了激情澎湃的临别诗《出太行》：“群峰壁立太行头，天险黄河一望收。两岸烽烟红似火，此行当可慰同仇。”