1937年8月25日，根据中共中央军委的命令。由中国工农红军第一军团、第十五军团和第七十四师合编而成。林彪任师长，聂荣臻任副师长，周昆(后叛变)任参谋长，罗荣桓任政训处主任。下辖第三四三旅(旅长陈光)、第三四四旅(旅长徐海东)，独立团、炮兵营、辎重营和骑兵营，全师共1.5万余人。同年10月，八路军恢复政治委员制度，聂荣臻任一一五师政治委员。1938年3月以后，罗荣桓任师政治委员。罗荣桓、陈光曾任代理师长，陈士矩、肖华曾分别任师参谋长和政治部主任。一一五师组建后，于1937年8月30日由陕西韩城县芝川镇东渡黄河，进入山西抗日前线，9月下旬组织了平型关战斗。当年10月下旬，聂荣臻率领部分部队进入晋东北五台山区，创建了晋察冀抗日根据地，聂荣臻任晋察冀军区司令员兼政治委员。1939年3月，罗荣桓率领师部与师主力进入山东，与当地人民和抗日武装创建了山东抗日根据地。一一五师先后组建了10余支抗日游击支队，并于1940年冬组建了7个教导旅。1943年3月，一一五师兼山东军区，政治委员罗荣桓(代师长)兼军区司令员、政治委员。所属各教导旅番号撤销，与山东纵队各部统一编为13个主力团。至1944年春，部队发展到23万余人，辖有鲁中、鲁南、滨海、胶东、渤海等5个二级军区。1945年8月中旬，山东军区部队编为8个师、11个警备旅、4个独立旅，组成五路大军向日伪军发动反攻。9月初，山东军区政治部主任肖华奉命率先遣部队渡过渤海湾进入东北辽东地区，开辟南满根据地。随后罗荣桓率主力分别经海路和陆路开赴东北，创建东北根据地。山东开往东北的6万余人，与新四军一部及其他部队，相继编为东北人民自治军、东北民主联军、东北人民解放军，东北野战军，1949年春改编为第四野战军。