林彪还说：“要经常读地图。熟读地图可以产生见解，产生智慧，产生办法，产生信心。读的方法是把图挂起来，搬个凳子坐下来，对着地图看，从大的方向到活动的地区，从地区全貌到每一地段的地形特点，从粗读到细读，逐块逐块地读，用红蓝铅笔把主要的山脉、河流、城镇、村庄、道路标划出来，边读边画；等到地图差不多快画烂了，也就差不多把地图背熟了，背出来了。在熟读地图的基础上，要亲自组织有关指挥员和参谋对作战地区和战场进行实地勘察，核正地图，把战场的地形情况和敌我双方的兵力部署都装到脑子里去，做到闭上眼睛面前就有一幅鲜明的战场图景，离开地图也能指挥作战。这样，在你死我活、瞬息万变的战斗情况下，可以比敌人来得快，争取先机，先敌一着，掌握主动，稳操胜券。”
勤于勘察，勤于思索、爱读地图，这正是林彪作战时的特点，至于做好政治工作，搞好班子团结，他虽然也谈到了，但却并非是他的所长。
由于他平时专注于读书和思考作战问题，而忽略了日常生活中的待人接物，饮食起居，他的表现像是“大智若愚”，又像是“白痴天才”。但是，他也是一个人，也有七情六欲，对生活问题也不是绝对的漠不关心。1937年夏，在许多老干部结婚的潮流中，他同一位延川县的姑娘张梅结了婚。张梅，人长得很秀气，高小文化程度，在当时延安也算得上是个小知识分子了。
抗日战争爆发后，林彪任八路军一一五师师长，率部在平型关大战日军，平型关战役提高了共产党和八路军的声望，也造就了林彪成为一代名将。后来被阎锡山部误伤，从苏联治病回国后，赴重庆处理国共合作抗日事宜，参加了延安整风和中共七大。
七七事变以后，中国工农红军改编为八路军，下辖三个师，林彪任第一一五师师长，聂荣臻为副师长(不久改为政委)，罗荣桓任政训处(不久改为政治部)主任。一一五师下辖两个旅，三四三旅由原红一军团编成，旅长陈光，三四四旅由原红十五军团和陕北红军编成，旅长徐海东。
8月22日，林彪离开抗大(由红军大学改名)，从延安到洛川，参加了中共中央召开的政治局扩大会议(史称洛川会议)。会议决定组成11人的中央军委，主席为毛泽东，副主席为朱德、周恩来。林彪为委员。
会议期间，部队已由罗荣桓率领开赴晋西北。洛川会议结束后，林彪就与聂荣臻骑马冒雨赶往西安。随后林彪先走，到原平车站后赶上了部队，即率三四三旅到平型关以东一带了解敌情与地形。在勘察地形中，林彪发现从平型关以东的山口到灵丘县东的河南镇，是一条西南、东北走向的狭窄谷道，中间是通向平型关的必经之路，是打伏击战的理想战场，乃率三四三旅出平型关至上寨一带宿营待机。
9月23日，聂荣臻到达上寨。林彪向聂荣臻讲了在平型关打伏击的设想，聂荣臻同意林彪的决定。
当天下午，在上寨小学召开了连以上干部参加的战斗动员会。林彪分析了战局，介绍了敌情并对战斗进行了具体布置。以三四三旅两个团担负主攻，三四四旅六八七团到北面断敌退路，六八八团作为师预备队，独立团和骑兵营到灵丘、涞源、广灵一带阻敌援兵。
会议结束后，部队立即分头行动。
24日，林彪、聂荣臻得悉，日军明日将有向平型关大举进攻的迹象，同时又收到阎锡山部队的一封信，说他们将从内长城一线向进攻日军出击。林彪命令部队于24日24时进入预伏阵地。
天亮以后，日军第二十一旅团的辎重和后卫部队共4000余人，由100余辆汽车打头，中间是200余辆马车，车上是全副武装的日军士兵和辎重，后面是牵引着九二式步兵炮的骡马和骑兵。他们进入中国以后尚未碰到敌手，趾高气扬地进入了伏击圈，两边山地连警戒也没有派。
林彪于上午7时下达了攻击命令，六八五团打头，六八七团打尾，六八六团担任主攻，顷刻间机枪、步枪、山炮一齐怒吼。日军遭受重大伤亡，一阵慌乱后，纷纷跳下车，以汽车、马车为依托，进行顽抗。
林彪站在战场东侧的山坡上用望远镜注视着战场，一面看，一面脑子转个不停。他在这次战斗中产生的一些想法，后来都写在《平型关战斗的经验》一文之中。
林彪看了一会儿，让参谋把六八六团团长李天佑叫来。李一口气跑到师指挥所，林彪看到他气喘吁吁，便说：“沉着一些。敌人比较多，也比较强，战斗不会马上结束。”随后他指着战场对李天佑说：“看到了吗？敌人很顽强。我们一家伙包围了很多，看来有几千人，块儿大，不好一口吃掉。你们要冲下公路，把敌人切成几段。用一个营，”他指向对面山坡上的老爷庙，“去占领老爷庙。拿下这个制高点，就可以居高临下，把敌人都消灭在沟里。”
1937年9月，林彪(左一)等在平型关前线指挥所。李天佑也指指点点说：“看，有几个鬼子正在往老爷庙爬呢。”
林彪点点头，“是啊，你们动作要快，慢了不行！”
李天佑回去后，立即吩咐几个团的干部分别下到连里，带领部队冲锋，同时命令三营迅速占领老爷庙。三营冲下山后，在山谷里同敌人肉搏了半个小时，冲过山谷，冲到老爷庙，把已占领老爷庙的几名日军士兵消灭，然后便朝山下扔了一顿手榴弹，敌人腹背受敌，更加狼狈。有一个日军指挥官突然明白过来，用指挥刀指一指老爷庙，让士兵往上冲……
林彪一面目不转睛地看着战场上的厮杀，一面脑子飞快地转动：
“一到山地战，敌人的战斗力与特长均要大大降低，甚至于没有。步兵穿着皮鞋爬山，简直不行。虽然他们已爬到半山，我们还在山脚，但结果我们还是先抢上去，给他一顿猛烈的手榴弹，他们只好像滚萝卜一样的滚下去了。至于炮兵，则难于运动与找阵地。坦克车呢？有些地方真使它有‘英雄无用武之地’之感。飞机的作用也不大。”
敌人的飞机果然来了，战场上的指挥员在呼喊：“靠近敌人，飞机就不管用了！”
林彪又总结了一条：
“为了避免他们的炮兵和飞机，战斗开始后要迅速接近敌人，投入肉搏，连续冲锋，使敌人的炮不好放，要放就连自己的队伍也遭了殃。”
战斗快结束了，战场上不断传来“老乡们，缴枪不杀”的呼喊声，但敌人仍在抵抗，有的战士不注意，被敌人的伤兵捅了一刀……
林彪皱起眉头：“敌人确是有战斗力的。也可以说，我们过去从北伐到苏维埃战争中还不曾碰到过这样强的敌人。我所说的强，是说他们的步兵也有战斗力，能各自为战，虽打败负伤了亦有不肯缴枪的。战后只见战场上敌尸体遍地，却捉不着活的……我们的部队仍不善作疏散队形之战，特别是把敌人打坍后，大家拢在一团，叫喊‘老乡啊，缴枪呀！’——其实对日本人喊‘老乡缴枪’，不但他们不懂，而且他们也不是老乡——这时候，伤亡往往很多。”
下午1时许，战斗结束。共歼敌1000余人，击毁汽车100余辆，缴获辎重和武器一批。与此同时，担任阻援任务的独立团在腰站打退敌援兵多次冲击，歼敌300余人。
这一战役是华北战场上中国军队主动出击首次取得的大胜利，宣告了日本“皇军”不可战胜神话的破产，振奋了全国抗日军民，大大提高了共产党和八路军的威望，同时也使林彪成为名噪一时的抗日名将。
平型关战斗后，林彪奉八路军总部之命，率三四三旅由五台南下，于11月4日，又在广阳设伏，歼日军1000余人。1938年，林彪奉命率师部和第三四三旅由晋东北南下，至吕梁地区开辟抗日根据地。3月1日，他带了师直属队十余人，身穿缴获来的日军大衣，骑着大洋马路过阝显县千客庄，当地驻防的阎锡山军队以为是日军骑兵，开枪误伤了林彪。这一次枪伤看来并不重，对他进行了简单包扎后直到黄河边，他还是自己走的，但可能是伤着了脊髓神经，给他留下了终生未愈的植物神经紊乱症。林彪原来有神经衰弱症，在指挥平型关战斗时，他头上就戴着用金属制作的健脑器，这一次枪伤后，逐渐形成了怕水、怕风、怕光、一紧张就出汗等毛病。
林彪回延安后曾在抗大小住一段时间，除了5月22日在抗大第三期全校干部会议上作了一次报告外，并未具体管抗大的事。
1938年夏，党中央送林彪赴苏联养伤，林彪先出发，乘汽车到兰州等张梅，已经怀孕的张梅随后出发。由于苏联来接林彪的飞机已到兰州，林彪便先乘飞机到苏联。张梅乘汽车一路颠簸到了兰州，还不足月便生了一个小男孩，这孩子体质很差，活了不到两个月就夭折了。张梅含泪埋葬了这个早产儿后，便赴苏联与林彪团聚，在苏联又生育一女。
林彪在苏联期间主要是养病，但也很关心时事，据说，他曾对希特勒某一次行动作出估计并报告了苏方军事当局，得到了他们的重视。
在苏联期间，林彪和张梅感情一开始挺好，但由于林彪性格内向，沉默寡言，不善交际，而张梅却比较活跃。苏方有时邀请林彪夫妇出席一些宴会、舞会，林彪宁愿在家独坐，也不愿参加，而张梅却常去参加。林彪就不高兴，时间长了便由疏远到隔阂，双方曾发生激烈的争吵。
1942年，林彪返回延安，张梅并未回国。关于此事有两种说法。一种是说张梅不愿意回国。另一种是说林让张好好学俄文，将来给他当翻译，等张要回国时，给他拍个电报，他便去接。
1942年10月16日，林彪代表毛泽东在重庆拜会了蒋介石，并向蒋表达了中共拥护蒋为民族领袖的诚意。此后，林彪为处理国共合作抗日的许多事宜，在重庆逗留约10个月。
1943年6月23日，林彪和周恩来一道乘车返回延安，随后他参加了延安整风学习。
林彪和毛泽东摄于延安。在延安，林彪结识了中国女子大学的学员叶群，不久同叶结婚。叶群，原名叶宜敬，福建省闽侯县人，比林彪小10岁。她曾在北平师大附中读书，并参加过一二九学生运动，加入了民族解放先锋队，后来又在南京国民党青训班受过训，参加过三青团举办的“一个党、一个主义、一个领袖”的讲演比赛，并在国民党的电台当过播音员，抗战爆发后到达延安。
1945年4月，林彪出席了中国共产党第七次代表大会，并当选为中央委员。此时，山东军区司令员兼政委罗荣桓肾病严重，需要休养。山东军区多次向中央反映，希望派人到山东来协助罗的工作。七大以后，中共中央准备让林彪到山东工作。
1945年8月15日，日本政府宣布无条件投降，抗日战争胜利结束。8月26日，毛泽东为中共中央撰稿致电山东分局：“林彪、萧劲光二同志昨日飞抵太行转赴山东。分工：罗荣桓为书记及政委，林彪为司令员，萧劲光为副司令员，如罗因病必须休养时，林代理罗的职务，林萧均为分局委员。其余不变动。”