1930年6月长汀联席会议后，中国工农红军红一军团成立(开始时称第一路军)，罗炳辉任红十二军代理军长，后任军长。由于当时以李立三为代表的“左倾冒险主义”在党中央取得统治地位，各地红军被要求去攻打中心城市，红一军团也被命令去夺取南昌、九江。进攻南昌途中，罗炳辉赞成毛泽东主张：不打南昌，并转兵西进，奔袭文家市。8月23日，红一、三军团在浏阳东北永和市会合，成立红一方面军。此后攻打长沙不克，方面军总前委改变布署，于10月4日一举攻克吉安。在吉安，罗炳辉充分利用情况熟悉的有利条件，领导部队做群众工作，筹款、扩红，大大增强了红十二军力量。
1930年11月，蒋介石开始了对中央苏区的第一次“围剿”。根据红一方面军“诱敌深入赤色区域，待其疲惫而歼灭之”的命令，罗炳辉率领红十二军三十五师，从永丰的藤田出发，边打边退，执行诱敌任务，将张辉瓒的第十八师引入龙冈，为龙冈大捷和第一次反“围剿”的胜利立下了汗马功劳。
第二次反“围剿”斗争中，罗炳辉率红十二军横穿敌人郭华宗部和蔡廷锴部之间的间隙，插入富田西面埋伏，利用有利的地形，于1931年5月16日全歼公秉藩的敌二十八师残部，为彻底粉碎第二次“围剿”创造了有利条件。
1931年6月，蒋介石以30万兵力，发动第三次“围剿”。罗炳辉受命率领红十二军执行战略佯动任务，挺进南昌，调动敌人，彻底打乱敌人的部署。而借机得以休整的红军主力乘机发动反攻，击退国民党的第三次“围剿”。罗炳辉出色地完成了任务，受到了中央军委嘉奖。此后红一方面军进行调整，罗炳辉仍任中国工农红军红一军团第十二军军长，并率部在闽西活动，打击敌人，扩大红色根据地。
在第四次反“围剿”中，罗炳辉率领已改编为红二十二军的红十二军在红一军团的指挥下，在黄陂和草台冈两次战斗中重创敌军，共歼敌近3个师，丰富了大兵团伏击战的宝贵经验，巩固和扩大了中央革命根据地。
1933年10月18日，因战功卓着，罗炳辉成为新组建的工农红军第九军团的军团长，并在中华苏维埃第二次全国代表大会上继续当选为中央执行委员。
由于王明等人的“左”倾路线的错误指导和敌人的“铁桶合围”策略，红军在第五次反“围剿”中失去了以往的战略主动性。罗炳辉率领红九军团虽然取得一些局部的小胜利，但在广昌保卫线中伤亡惨重。
1934年7月8日，罗炳辉在古城接中央军委电令，护送由红七军团改组的中国工农红军北上抗日先遣队东进。罗炳辉率红九军团经禾口、宁化、清流、嵩口，7月19日强渡九龙溪，22日包围永安城，27日到尤溪掩护先遣队渡过闽江，并袭占樟糊板，牵制敌军，保证了先遣队安全北上。完成任务后，红九军团将缴获的大批苏区奇缺的火药、食盐、药品，运回中央苏区，受到了中共中央的表扬。在数百里艰苦行军中，罗炳辉身先士卒，挑着重担，冒着酷暑，翻山越岭，极大鼓舞了战士们。
10月7日上午10时，中革军委主席朱德电令罗炳辉率部于9日晨抵达古城、瑞金间。21日，红一方面军所属红一、三、五、八、九军团，护卫中央机关，开始了长征。
1934年10月10日，党中央和红军总部及后方机关开始了举世闻名的二万五千里长征。
10月中旬，蒋介石得知红军主力突围的消息后，立即在江西、广东、湖南、广西等省设置了四道封锁线，企图将红军彻底消灭。罗炳辉统率的红九军团负责左翼，任务是抢占要点，阻击追击、侧击的敌人，掩护党中央和军委纵队通过。
10月16日，红九军团开始行动，18日开始进入敌占区。罗炳辉亲率侦察连和红三师第九团前进，未经战斗就轻取了龙布，随后攻占安远的版石、重石圩，占领了乌经圩，突破了第一道封锁线。此后罗炳辉率领红九军团一路马不停蹄，疾步前进，经过激烈战斗，一举夺下青龙圩、延寿圩，打开了第二道封锁线。12月2日，根据中央军委部署，罗炳辉带领红九军团(后为减少机关单位，充实主力，红二十二师六十五团及师部一部分并入)经过半个多月的急行军渡过了湘江，并掩护中央纵队和军委纵队渡过了湘江。又突破了第三道封锁线。不过中央红军也损失惨重，从长征开始时的8万多人锐减为3万多人。
1935年1月，红九军团进驻贵州湄潭，利用12天时间进行整训。罗炳辉带领战士们恢复体力、赶制棉服、开展群众工作、扩大红军、精简整编以及开展军事练兵。经过短暂休整，部队战斗力迅速恢复并收到提高。
1935年1月15日至17日，党中央在遵义召开了政治局扩大会议。这次会议结束了王明“左”倾冒险主义在党中央的统治，事实上确立了毛泽东在党中央和红军中的军事领导地位，这是中国革命的重大转折。罗炳辉向整训中的红九军团指战员传达了会议精神，得到指战员们的热烈拥护。
1935年1月中旬，为阻止中央主力红军北进四川与红四方面军会合，或东出湖南同红二、六军团会合，蒋介石纠集部队向遵义地区包围进逼，企图将红军主力围歼在川黔两省边境地区。这样，在黔北地区建立新的根据地已不可能，因此，中央军委决定由遵义北上，渡过长江，进至四川西北部创建新的革命根据地。
1月19日，红九军团遵照命令，从湄潭出发，经绥阳，过娄山关，北占习水，南下土城，在掩护主力渡河后，于30日一渡赤水，进入川东南的古蔺境内。此时，蒋介石已命令川敌刘湘部加强了沿长江两岸的防御，北渡长江已不可能。于是，罗炳辉率红九军团向南前进，驻扎在云南扎西地区。
按照军委命令，罗炳辉率部突然掉头东进，于2月20日在太平渡二渡赤水，3月18日，在掩护主力过河后随之三渡赤水，21日凌晨，又四渡赤水，将敌人甩在赤水河西岸。对此，蒋介石恼羞成怒，一方面将败将撤职查办甚至处决，另一方面悬赏捉拿红军主要领导人，对罗炳辉的赏格甚至升到“生擒者奖八万元，献首级者奖五万元”。
中央红军主力四渡赤水后，扭转了不利的局势，赢得了战争的主动权。3月26日，罗炳辉部奉命暂留黔化，在乌江北岸迷惑、牵制敌人。对此，罗炳辉采取了一系列佯动措施，并拿出在江西苏区反“围剿”中牵牛鼻子的本事，保证了主力部队在31日夜成功渡江。午夜2时，罗炳辉在接电后率部以每小时十二三里的速度急进，但是由于超过军委规定时间，浮桥被拆，被阻隔在乌江以北，红九军团不得不孤军奋战。
面临严峻形势，罗炳辉和政委何长工召集领导干部开会讨论。针对不同意见，罗炳辉认真仔细地分析了敌我情况，统一了看法，并进行战前的具体布置。4月4日，老木孔一战，拿下黔军“双枪兵”，大大鼓舞了部队斗志，改善了红九军团的处境，并从此转危为安。
4月下旬至5月上旬，红九军团进军云南省宣威、云泽等地。4月28日进占宣威的南面门户板桥，进而占领宣威，进城时受到当地群众的热烈欢迎。在宣威，红九军团不仅没收军阀经营的几个火腿罐头公司和地主的谷仓分给贫苦群众，在两天之内筹款3万多元，还扩充兵力三四百名。
为保证党中央、军委和红军主力顺利渡过金沙江，罗炳辉率部于5月1日离开宣威，进军会泽。途中，罗炳辉利用过去在滇军建立的一些特殊关系，直接与会泽的民团头目通话，并充分利用军事威慑和政治攻势相结合的优势，使红九军团不战而胜。在会泽停留三天，惩治恶霸，分粮分财，“扩红”1400余名。这次胜利极大地增强了指战员们对单独作战的胜利信心。
5月6日，红九军团在渡过金沙江，完成在江边继续拖住敌人的任务，从13日起进入小凉山彝族地区。
彝族人民性情强悍，长期受着汉族反动统治者特别是川康军阀刘文辉部的欺压盘剥，因此开始时对红军也非常不友好。罗炳辉命令部队停止前进，不准开枪，他本人则亲自与彝族同胞沟通。他首先有礼貌地向他们鞠了一个躬，通报了自己的姓名，还通过翻译告诉彝族头人共产党的政策，解释共产党与国民党的区别，希望借路通过等。彝族同胞看到红军说话和气，纪律严明，误解逐渐消除，态度也亲切起来，那位头人还提出要和身材魁梧的罗炳辉比枪法。罗炳辉从小喜爱刀枪，枪法很准，就欣然答应。彝民代表对三百米外的目标各打一枪，都打中了。这时，恰值空中飞来一只孤雁，罗炳辉举枪就射，只见枪响雁落，彝民代表十分敬佩。第二天，全寨同胞打着红旗，欢送红军，还特意派来向导，使红九军团顺利通过了小凉山彝族地区。
1935年5月16日，红九军团在西昌西郊同中央红军主力会师。这次，红九军团在乌江脱离红军主力后，单独行军2000余里，在主力侧翼牵制追敌，为掩护中共中央和中央红军主力北上，作出了重要贡献，充分表现了罗炳辉的大智大勇和高超的指挥艺术。对此，党中央给予了充分肯定。
红九军团到西昌后，罗炳辉和何长工向中央军委汇报了单独行动的情况，同时向中共中央和中央军委上交了几十匹骡马、3万块银元及其他物资。部队人员与遵义会议后整编时相比，不但没有减少，还有所增加。周恩来副主席还亲自到红九军团慰问，他说：“你们九军团单独行军这么长，在后面掩护中央，掩护主力顺利北上，不但没有受挫折，还扩充了队伍，增加了钱粮。中央正缺马匹、钱粮时，你们就送来了，真是雪中送炭，你们干得好，有功劳。要继续保持和发扬艰苦奋斗的革命精神。”周恩来的勉励，大大鼓舞了红九军团指挥员。当时，红九军团除将战利品上交中央外，还在安顺场分给兄弟部队一部分，深受他们的佩服和称赞。
5月17日，红九年团又参加了围攻西昌的作战行动。三天后，即5月20日，红九军团由礼洲镇开始北移，沿着安宁河大道北进，继续执行后卫任务。
从礼洲镇向北，就进入彝族人民散居的大凉山地区。由于历代统治阶级的反动政策，使彝族人民和汉人之间存在极大的隔阂。红九军团针对单独行动战的经验在行动前就进行了认真的准备，教育部队严格执行中央规定的对待少数民族的政策，规定了通过彝族区时应注意的事项。加上刘伯承、聂荣臻率领的红军先遣队做了大量宣传工作，为彝族同胞作了很多好事，特别是刘伯承亲自和彝族首领小叶丹喝鸡血酒结盟，化解了彝族人民的误解，为作为后卫的红九军团的顺利通过创造了条件。
恰在此时，从西昌进犯的敌人追到彝民区，在红七、八、九军团协力反击下，一举击败敌人并抓到100多个川军俘虏。当彝族人民看到被红军抓到的俘虏正是压迫他们的反动军队时，疑虑进一步消除，将红军视为自己的队伍。
罗炳辉还向彝族同胞展开宣传，号召他们组织起来、武装起来，保卫劳动果实，建立彝族人民的政权的道理，并送给他们十几支枪。此外，红九军团还新增了一名彝族战士阿尔吉。罗炳辉率红九军团胜利完成后卫任务，通过方圆近3百里的大凉山彝族区域，于5月27日进入汉族人民居住区。
6月初，红九军团越过泸定桥，随红一、三、五军团前进，抵达天全附近的紫石关。天全河水流湍急，不能徒涉，河上铁索桥全被破坏，天全河东面的山上又把守着国民党重兵，南面的雅安、荥经一线有川军10多个团防守，再南面的大渡河渡口全部被封锁，天全城也有川军3个团沿河防守，西面大渡河上的泸定桥已被尾追之敌占领。情势危急之下，只有突破天全才是惟一出路。因此，中央军委令罗炳辉率部星夜夺取天全城，杀开一条出路，以便红军北上与红四方面军会师。
当时，罗炳辉重病在身，但他视革命任务重于一切，他对干部战士们说：“我们要不惜任何代价，夺下天全，掩护主力部队脱离危境……有我们的红军主力存在，中国革命总会取得胜利，我们虽死犹生！”他看到抬担架的战士们很辛苦，说：“你们太辛苦了，担架我是不坐了，骑马走吧！”他不顾作战科长刘雄武的苦劝，拄着拐杖，亲自指挥部队前进。
队伍从夹金山南麓翻越两千多米的高山，悄悄地插到天全河北岸敌人背后，突然发起猛烈的攻城战斗，守敌被打得不知所措，仓皇撤离天全城。红九军团一面追歼残敌，一面寻找渡船接应红一、三、五军团先头部队过江。当红军主力通过天全时，病重的罗炳辉晕倒在大树下，经3小时抢救才苏醒过来。红九军团夜袭天全立奇功，中央军委又一次传令嘉奖，赞誉红九军团为“战略轻骑”。
6月上旬，奉军委命令，罗炳辉率红九军团随红五军团北上。16日，到达夹金山脚下东南的大硗碛，准备翻雪山。17日清早，红九军团开始翻越千年冰封的夹金山。夹金山位于邛崃山脉的南端，海拔高度5100余米，常年积雪，山上空气稀薄，气候变化无常。
1936年，罗炳辉和红军小战士。17日上午8点左右，队伍来到雪山脚下。开始上山时，雪花飘舞，战士们个个成了雪人。越往上爬呼吸越困难，但大家发扬阶级友爱精神，助残扶弱，互相鼓励，挽救了不少人的宝贵生命。翻山途中，患感冒还没痊愈的罗炳辉，拄着拐杖，迈着沉重的脚步，一步一步地向山上爬。快到雪山顶了，越走越艰难。卫生员知道罗炳辉患感冒还未痊愈，又劝他骑马，说：“军团长，你的病还没好，还是骑上马走吧！”罗炳辉笑了笑说：“爬爬山，活动活动，感冒会好得快点。”
下午3时，罗炳辉率领红九军团抵达了懋功以东的达维，与红四方面军胜利会师。6月下旬，党中央在懋功的两河口召开了政治局会议，作出了《关于一、四方面军会合后战略方针的决定》，要求红一、四方面军会师后继续北上，在运动中大量歼灭敌人，创建川陕甘苏区根据地。中央军委于7月21日作出决定，整编红一方面军，红九军团改编为红三十二军，罗炳辉仍任军长，何长工为政委。此后，红三十二军在卓克基等地休整。
8月上旬，党中央在川北松潘县的毛儿盖召开政治局会议，决定将红一、红四方面军混编为左、右两路军。红三十二军被编入由总司令朱德、总政委张国焘率领的左路军。8月15日，左路军开始经卓克基进军川兵的阿坝。