改编为国民革命军新编第四军。
８月２７日，刘伯承出席中共中央政治局召开的座谈会，讨论在抗Ｂ民族统一战线中共产党和国民党谁吸引谁的问题。
８月２９日，中共中央决定成立中央军委前方分会，负责由红军改编的八路军出师华北前线后的领导工作。刘伯承被任为委员。其他委员是：朱德、彭德怀、任弼时、张浩、林彪、聂荣臻、贺龙、关向应。朱德任书记，彭德怀任副书记。同时决定成立各师军政委员会，刘伯承被委任为第一二九师军政委员会书记。
９月１日，刘伯承和张浩马不停蹄地赶回援西军驻地。第二天一早，他们就召开领导干部座谈会，传达洛川会议精神。９月４日，在连以上干部会议上继续作了传达，并宣布了改编的组织。以援西军为主改编为第一二九师，红四军的第十、第十二师改编为第三八五旅的第七六九、第七七○团。红三十一军的第九十一、九十三师改编为第三八六旅的第七七一、第七七二团。陕北红军的第二十九、三十军，独立第一、二、三、四团和第十五军团骑兵团改编为师直特务营、工兵营、炮兵营、辎重营、骑兵营。另有一部分干部组成了教导团。全师共１．３万余人。按照中央军委的命令，第三八五旅旅部和第七七○团，连同特务营、工兵营、炮兵营、辎重营，脱离第一二九师建制，留防陕甘宁边区。第一二九师准备出征的人数是９１６０余人。随后，宣布了干部名单，除刘伯承：徐向前的职务已明确外，张浩任政训处主任，倪志亮任参谋长，宋任穷任政训处副主任。
刘伯承认为，当前的中心任务是完成改编，在改编过程中抓好思想教育和必要的训练，以保证部队顺利出师。他和张浩为实现这个中心任务而日夜忙碌着。
把红军改编到国民党军队的统一序列中去，相当一部分红军干部、战士从感情上接受不了。他们从鄂豫皖打到川陕边，又历尽艰险长征到陕北，几乎个个都是九死一生。多年来眼看着许多亲人、战友倒在国民党的屠刀和枪炮下。当改编的消息刚一传开，红军内部就产生出一股怨恨、困惑、沮丧、委屈的情绪。
一连几天，刘伯承和张浩召开各种会议，反复向干部战士宣讲形势转变关头党和红军的战略方针和基本任务，解释改编的意义和策略。一次，刘伯承在机关直属队作动员报告。有位干部站起来，冲动地说：“我宁可回家当农民，也不穿国民党军装，戴青天白日帽子！”刘伯承让他坐下，启发大家说：“我也不愿穿国民党的军装，但是，大敌当前，我们必须齐心协力抗日。不把日本侵略者赶走，我们就不能生存。要懂得民族解放就是阶级解放。都闹回家，谁去抗日？革命多年，应该有起码的觉悟。要识大局，不能因个人的好恶，而置国家、民族的利益于不顾。”
刘伯承还发动大家学习、讨论，通过干部战士自己的教育来辩明是非。讨论中，有人联系到半年多前的西安事变。当时听说张（学良）杨（虎城）两将军活捉了蒋介石，红军人人兴高采烈。后来又听说中共中央派周恩来参加谈判，和平解决事变，放掉了蒋介石。许多人感到不解与气馁。经过教育和讨论，终于明白放蒋介石是为了促成抗日民族统一战线的建立，是党的一个英明决策。刘伯承及时抓住了这个突出的认识事例，把它同怎样正确对待改编联系起来，收到了明显的效果。许多干部战士深有体会地说：“相信党中央不能全凭感情，还要不断提高政策和策略水平，否则会跟不上形势。”
刘伯承在紧张的工作之余，还抓紧时间读了一些有关的书。内容涉及共产国际七大的报告及决议，辨证法、政治经济学大纲，还有Ｂ本大本营有关侵华方针、策略的材料。他对人说，面对形势的巨大转变，急需用革命的理论充实自己，同时要赶紧研究一下日本将如何进行战争。
刘伯承、张浩见干部战士认识趋向一致，决定举行改编和出征誓师大会。会前刘伯承指定第三八六旅旅长陈赓担任誓师大会总指挥，参谋处长李达协助。他把两人找来，嘱咐说：“这是我们改编后的第一次阅兵，也是我们开赴前线抗日的第一次誓师大会，会场要布置得简单、朴实，但要庄严。主要是把部队组织好，要造成抗日救国、杀敌立功，为挽救民族危亡不惜牺牲个人一切的气氛。”
９月６日，正是西北黄土高原秋高气爽的季节，可这一天却显得有点特别，一清早，天低云浓，细雨点点。援西军所属部队，陆续向设在石桥镇的会场开进。不一会儿，雨点密起来，滴在人们脸上，感到冷飕飕的。陈赓和李达商量，打算请示师长，大会等天晴了再开。他们刚商量妥，就见刘伯承、张浩带着一群人骑着马来了，军装已被淋湿。
刘伯承问：“你们干什么去？”
“报告师长，雨越下越大，是否……”陈赓正要提出请求。
“不行！”刘伯承神情严肃，一下子打断了他的话，“军人嘛，就是要风雨无阻，决定了的就不能随便改。今天是我们改编和出征的誓师大会，更不能改，必须按时举行！”
“是！”陈赓和李达拨马回头，执行命令去了。
雨点成串地落下来。部队迈着整齐的步伐进入会场。随着一连串此起彼伏的口令声，队伍迅速地移动、调整着，刹那间，近万人面向检阅台，列成了一个庞大的方阵。
检阅台很简陋。野地里竖起四根立柱，上架几块木板。立柱外侧贴上了标语。刘伯承、张浩等立在检阅台上，无遮无盖，任凭风吹雨打。一位参谋找来雨衣给刘伯承披上。刘伯承说：“你知道为将者应当‘冬不衣裘，夏不张盖’吗？”参谋赶紧将雨衣收起来了。
陈赓宣布誓师大会开始，请刘师长讲话。刘伯承高声宣布：“今天是我们的改编和出征誓师大会，也是我们八路军第一二九师宣告诞生的日子。”随后，他谈到了改编的意义。他先简要概述了全国和华北抗日的形势，指出：卢沟桥事变后掀起了全民族抗战的热潮，国民党政府在我们共产党和民众的推动下也已投入了抗战。目前上海方面正在激战。华北方面日军于７月底攻占平津后，正分三路急进，一路沿平绥路西犯晋察绥，一路沿平汉路南犯河北，一路沿津浦路进窥山东。华北是敌我势在必争的战略要地，恶战是免不了的。紧接着，他又说：“经过我们共产党的努力，抗日民族统一战线建立起来了。我们共产党人要把祖国和人民的利益看作最高的利益。现在大敌当前，国家民族危在旦夕，我们要把主要矛头指向日本帝国主义。为了抗日救国，挽救国家民族的危亡，我们要把阶级的仇恨埋在心里，跟国民党合作抗日。”说到这里，他加重了语气：“同志们，对改编这件事需从这样的高度来认识，换帽子算不了什么，那不过是形式，我们人民军队的本质是不会变的，红军的优良传统不会变，我们解放全中国的意志也不会动摇！”他拿出一顶军帽，指着青天白日帽徽说：“这项军帽上的帽徽是白的，可我们的心永远是红的。同志们！为了救中国，暂时跟红军帽告别吧！”说罢，他把那顶黄军帽戴在头上，然后发出命令：“现在换帽子。”随着他的话音，全师人员一齐戴上了黄军帽，把换下来的红军帽仔细折叠起来，揣进怀里。换帽之后，举行了授旗仪式。刘伯承一一拿起各旅、团的大旗，授到指挥员们的手里。
阅兵仪式开始了。部队顷刻间变换了队形，分列广场四周准备受阅。刘伯承和张浩、宋任穷乘马绕场一周，一一检阅了第一二九师的各支部队。这时候徐向前、倪志亮还在延安，没有到任。干部战士看到刘伯承全身湿透，两腿紧夹马身，腰板挺直，右手标准地行着举手礼，一付精神抖擞的样子，不禁产生由衷的敬意。刘伯承已经四十五岁了，从投身辛亥革命起，出生入死几十年，带着一身创伤。如今肩负师长重任，还是那样一丝不苟，处处率先垂范。联想到他在长征中率部一路过关夺隘，到左路军、援西军后带兵、练兵等样样受人称道，大家对今后在他领导下进行对日作战，充满了胜利的信心。
阅兵完毕，刘伯承回到检阅台上，带领大家宣誓，誓词是：
“日本帝国主义，它是中华民族的死敌，它要亡我国家，灭我种族，杀害我们父母兄弟，奸淫我们母妻姐妹，烧我们的庄稼房屋，毁我们的耕具牲口。为了民族，为了国家，为了同胞，为了子孙，我们只有抗战到底！
为了抗日救国，我们已经奋斗了六年。现在民族统一战线已经成功。我们改名为国民革命军，上前线去杀敌。我们拥护国民政府及蒋委员长领导全国抗日，服从军事委员会统一指挥，严守纪律，勇敢作战，不把日本强盗赶出中国，不把汉奸完全肃清，誓不回家！
我们是工农出身，不侵犯群众一针一线，替民众谋利益，对友军要友爱，对革命要忠实，如果违犯民族利益，愿受革命的纪律制裁，同志的指责，谨此宣誓。”
刘伯承领读一句，近万个声音复诵一句。这气壮山河的声浪，回荡在会场上空，显示了第一二九师全体将士誓死抗日救国的钢铁意志。
誓师大会后，全师转入紧张的教育和训练，准备出征抗日前线。在师党代表大会上，刘伯承总结了组建援西军以来的工作，着重总结了抗战以来部队的政治思想教育和军事训练情况。党代表大会选举产生了师第一届党的委员会，并召开了第一次党委会，明确了党委委员的分工，张浩任师党委书记，刘伯承任副书记。为了使各项工作迅速走上轨道，刘伯承主持召开了一系列业务会议。在师参谋会议上，他作了关于司令部工作和参谋职责的报告，宣布了师司令部的组织编制，在参谋长之下设立机要、作战、侦察、通信、队务、训练、管理等７个科，一一规定了各科科长和参谋的职责。作战科负责整理与估量当前情况，多方准备材料，以作首长定下作战决心的基础，并依首长的指示，编拟战斗战役计划和命令，还应组织好部队的行军宿营、警卫、通信和作战行动。侦察科应多方搜集关于敌人的情报，并将所得的情报，加以必要的整理，报告给参谋长和首长，据此标绘出当日情况图。机要科必须把下属部队发来的请示电报，先送有关部门主管参谋，由该参谋标出“晓示图”，提出处理意见，一并报首长审阅。他指示司令部在援西军的基础上尽快把机构健全起来，选调一些有一定文化和军事素养的年轻干部充实参谋队伍。要求参谋除按照分工各负其责外，人人都要坚持天天练字、天天记日记，通过日积月累，迅速提高文字和业务水平。他强调参谋都要学会测绘知识，能勘察地形，会标图、识图和用图。他重申了严格司令部作战科的值班制度，规定了必须逐日记好阵中日记。记载的顺序是：敌情、本部及下属各部位置、上级指示；本部首长指示及处置，友邻及其他。在师卫生会议上，他指示师、旅、团卫生部门要全力治好伤病员，保证出征的战斗力。在师侦察会议上，他提出侦察是军队的耳目，是取得战争胜利的重要手