军改编为国民革命军第八路军。张仁初任一一五师三四三旅六八六团三营营长。团长李天佑，副团长杨勇。1937年8月22日，一一五师在陕西省三原县云阳镇举行了出征誓师大会。8月30日到达黄河西岸的韩城。31日东渡黄河，9月7日，部队由候马乘火场沿同蒲路北上。此时，国民党军队节节败退，已退到平型关、雁门关内长城一线，企图重点防守太原，八路军为配合友军固守平型关，我一一五师奉命急进至平型关以西大营镇待敌。
平型关位于山西东北古长城上，从平型关山口到灵丘县东河南镇，是一条由东北向西南走向的狭窄谷道，道路两侧壁垒沟深。八路军总部决定在此地狠狠打击日寇的嚣张气焰。
9月22日，日军第五师团第二十一旅团一部由灵丘向平型关进犯。23日，八路军总部令一一五师向平型关、灵丘间运动，侧击该敌。24日，一一五师命令六八六团占领小寨到老爷庙以东高地，实施中间突击，分割歼敌后向东跑池方向发展。当夜部队冒雨进入阵地。25日拂晓完成战斗准备。雨后的凌晨，空气格外清新，张仁初和三营的指战员个个精神振奋，摩拳擦掌，注视着灵丘方向，决心打好这对日军的第一仗。在东方露出曙光的时候，日军第二十一旅团100余辆汽车，大车200余辆从灵丘方向过来了。雨后的泥泞和公路的狭窄使人、车、马非常拥挤，行进缓慢。等敌人完全进入了伏击地域，埋伏在两侧高地上的我军居高临下一齐开火，打的敌人乱作一团，晕头转向。我六八六团迅即发起冲锋，张仁初率三营指战员勇猛冲向公路，六八五团、六八七团分别断敌头截敌尾，使敌陷入我军包围之中。在混乱过后，敌迅速组织火力利用车辆掩护，占据有利地形进行顽抗，张仁初带领三营战士同一、二营的同志一起，在公路上，山沟里、石坎上同日寇展开白刃格斗，战场上喊杀声，刀枪撞击声和枪声响成一片。日军死伤惨重，尸横遍地。在六八五团的协助下，至13时，六八六团全歼被围之敌。此役一一五师全歼日军第五师团二十一旅团1000余人，缴获大量枪支弹药、车马和军用物资。战后，六八六团随三四三旅转战正太路。
11月初，六八六团和六八五团三营在广阳镇南夹沟大道上，伏击日军第二十旅团辎重部队。张仁初率三营作为旅的主要突击队冲入敌阵，将敌分割成数段，与敌近战拼刺刀。激战中，突然他头觉得轰得一声，眼前一黑倒了下去。当他醒来时已经躺在我军医院里。医务人员告诉他：当时，他满脸鲜血，躺在那里不醒人事。卫生队长张步峰和指导员孙根华奋勇冲上去将他背了下来。是一颗子弹击中了头部，在头骨上划了一道沟又飞走了，未进入脑内，真是万幸呀！当时张仁初说：“有我们医务人员在，打起仗来什么也不怕喽！”他搬着手指默默地数了数说：“这大概是第七次负伤喽，马克思还是不想让我去，要我多消灭几个鬼子哟！”医务人员无不佩服他作战勇敢不怕牺牲的精神，部队里流传着不少有关他英勇善战的故事：那是在直罗镇战役中，战士们被敌人的火力压制久攻不下，张仁初气得发了脾气，把衣服一脱光着膀子，提着枪一跃跳上战马，两腿一夹就带领战士冲了上去。。。。。。冒着敌人的枪林弹雨，他大声怒吼着向前猛冲，很快就消灭了敌人的火力点。大家说他打起仗来简直就像是疯了一样，天不怕地不怕，战士们看到他也马上精神振奋，勇气倍增。就这样，不知是什么时候同志们就给张仁初起了个很特别的昵称“张疯子”，形容他在战斗中威风八面的样子。但是他打仗并不莽撞，特别是随着他战斗经验的增多，职位的提高，他开始每仗都深思熟虑，认真研究，仔细部署。可一旦战斗打响，他就两眼一瞪，吼声如雷，全身充满着一种无往不胜的英雄气概。于是，他的战士们在背后都敬佩而又自豪的称他为“张疯子”。
张仁初对医务人员有着很深的感情，直到后来他到了很高的领导岗位，仍然经常教育子女们说：“他们是救命恩人呀！莫忘了他们哟！”他有七个子女，先后有四个学了医。
这次广阳镇伏击战，激战四小时，歼灭日军近千人，缴获骡马700多匹和大量枪支弹药和军用物资。有力的遏制了日军进攻，迫其改道西犯。
1937年12月，张仁初伤愈返回六八六团改任一营营长。
转战晋西南
自1937年10月起，沿平绥铁路西犯，沿平汉和同蒲铁路南侵之日寇没有受到国民党军队的有效阻滞，日军长驱直入，使冀、察两省，晋绥大部及山东黄河以北地区沦陷，在华北的正规战已经结束。党中央要求八路军发挥独立自主的原则，发动群众创建根据地，展开游击战争，以实现全面抗战的新局面。一一五师奉命兵分三路抗击日军。11月初，师部率三四三旅由正太路南移，挺进吕梁山区，创建晋西南根据地。转移途中受到阎锡山部队阻挠，在洪洞地区发动群众和扩军。1938年2月，进到灵石、孝文以西地区，在川口附近袭击由双池镇西犯之敌。毙伤200余人。4月，张仁初升任六八六团副团长，团长兼政委杨勇。
1938年9月14日，一一五师警卫连在午城以东歼灭日军100余人。3月16日，日军第二十师团辎重部队200余人，又被六八五团歼灭于罗曲村。17日，蒲县日军出动汽车60余辆进到井沟以西，被我六八六团伏击，死伤200余人。当日夜，六八六团在六八五团协助下袭击午城。午城在吕梁山脉中南部，听水河从城边绕过，是临汾至隰县………大宁公路的交汇点。驻有一支日军守备部队。六八六团与六八五团一部对午城形成夹击之势。
日军午城失利后，于1938年3月18日以第一零八师团步骑兵800余人，一个炮兵中队，在飞机掩护下自临汾扑向午城，寻机报复。六八六团奉师部命令，在井沟至张庄公路两侧高地设伏。当日下午当敌人全部进入伏击地域时，六八六团自公路两侧高地同时开火，突然袭击使日军陷入混乱状态。日军负隅顽抗，六架飞机向我轮番轰炸，六八六团压缩包围圈，敌人疯狂反扑，均被我击退。张仁初协助团长杨勇指挥部队向敌人发起冲锋，将敌分割，除逃走百余人外，其余均被歼灭。午城、井沟之战共歼敌1000多人，毁敌汽车79辆，缴获骡马100余匹及其它大批军用物资。给日蔻西犯以迎头痛击，使大宁之敌东撤，迟滞了敌人进犯陕甘宁边区的行动，稳当了晋西南的局势。一一五师进入晋西南，连续作战，平均每天打一仗，有时一天打两仗，部队每到一地，即发动群众，组织群众武装，晋西南根据地逐步形成。
汾离公路三战三捷
1938年7月8日，毛泽东电示，一一五师以大力破袭同蒲铁路，太原到离石县军渡之公路，阻敌西渡黄河为主要任务。代师长陈光，政委罗荣桓率部向汾｛阳｝离（石）公路，介休至灵石铁路方向开进，展开交通破袭战。
9月，日军为配合武汉作战，围攻晋察冀抗日根据地，以一零八师团沿汾离公路西犯。敌为避免再遭我军打击，行动更为谨慎，前以尖兵开路，公路两侧设据点，后有部队掩护。陈光、罗荣桓决定在汾离公路上伏击日军辎重部队。
9月14日拂晓，六八六团在日军必经之路——薛公岭设伏，该地山高林密，公路蜿蜒，便于隐蔽。战前张仁初协助杨勇团长周密部署，制定作战方案，并到任务较重的二营阵地具体指挥。10时，敌汽车20余辆载敌200余人与辎重进入伏击区。六八六团立即开火，顿时枪声在山谷中响成一片，我炮兵连首发命中敌在公路北侧制高点上的碉堡，遭到我突然袭击的日军车队在巡逻中队掩护下拼命突围，张仁初果断率领五连、六连的勇士以迅猛的冲击攻入敌阵，与敌展开近战，将日军巡逻中队全歼，使敌辎重车队失去保护，此战六八六团将敌200余人全部击毙，缴获汽车20辆。汾阳之敌慑于被我伏击未敢增援，只向薛公岭盲目炮击数小时。至15日才将200多具尸体运回。
敌辎重被我缴获后，补给困难。在此9月16日又以100多人押送一车粮食试探前进，一一五师首长欲擒故纵，为麻痹敌人未对该敌采取行动。17日敌趁拂晓将大批粮食运出，三四三旅在吴城镇至离石之间的油坊坪设伏，给日军辎重部队以重创，毙敌100余人，毁汽车9辆，缴获大批枪支和军用物资。
日寇辎重部队连遭我两次伏击，损失惨重，供应线被我切断。被迫于19日由离石东撤。三四三旅奉命在薛公岭东南之王家池附近三设埋伏，从公路两侧形成夹击之势。20日9时许，日军800余人进入伏击区，张仁初协助杨勇团长指挥六八六团，同六八五团、特务团密切配合，向被围之敌发起猛攻，日军未料再遭伏击。车马乱作一团，疯狂抵抗。我军指战员奋勇杀敌，将敌分割成数段，经一小时激战，歼灭敌人大部，缴获军马百余匹，枪400余支。前来增援的日军也被六八六团击退。
一一五师在汾离公路三次设伏三战三捷，粉碎了敌人进攻黄河河防，染指陕甘宁边区的图谋，给西犯之敌以沉重打击。
挺进鲁西 鏖战陆房
1938年9月，中共中央在延安召开了扩大的六届六中全会，会议要求党的主要工作放在战区和敌后，大力巩固华北，发展华中和华南。为贯彻巩固华北的战略决策，中央军委命令一一五师主力挺进冀鲁边平原和山东。六八六团在一一五师代师长陈光、政委罗荣桓的率领下1938年12月20日从晋西南出发，于1939年3月1日进入山东，到达鄄城、郓城地区。受到当地群众的热烈欢迎。群众纷纷要求铲除驻樊坝的作恶多端地伪军据点。3月3日晚，六八六团对后樊坝发起攻击，全歼一个连，随后迅速包围前樊坝。当晚23时，在炮火掩护下，炸药包炸开围堰，张仁初亲率突击营冲进围子，与敌展开巷战，粉碎敌人层层抵抗，直插伪团部，活捉伪团长刘玉胜，歼敌800余人，缴获大批枪支。一一五师入鲁首战告捷，群情振奋，极大地鼓舞了群众的抗日热情，扩大了我党我军的影响。
此役后，师部决定杨勇率六八六团三营、师直两个连和教导大队称东进支队第一团，留运（河）西战区，开辟抗日根据地。张仁初升任六八六团团长，政委刘西元。
3月7日，师部率六八六团挺进泰西地区，14日，在东平与山东纵队六支队会合。3月16日，六八六团在汶河以南，拔除宁阳县葛石店，东平县围里等据点，歼灭伪军1000多人。
3月20日，罗荣桓在常庄召开泰西地区抗日活动积极分子代表大会，六八六团按会议精神投入创建泰西地区抗日根据地的斗争。
我军主力进入泰西，直接威胁济南、兖州及日军津浦路中段的交通，引起了敌人的恐慌。3月22日，东平、汶上敌人出动300多人向我进攻，六八六团在郑海村击退敌人多次进攻，迫使其撤退。
4月2日，日军又从泰安、肥城、宁阳、东平及汶上等地调集兵力合击泰肥山区。4月3日，日军500多人在陆房一带与六支队二团遭遇，战斗中二团损失较大，敌得意忘形，继续进犯。张仁初决心狠狠打击敌人的嚣张气焰，作了周密部署，给进犯之敌以迎头痛击，并在敌后撤途中设伏，再次痛击敌军，敌狼狈逃回东平。日军不甘心失败，遂于4月5日及4月18日纠集力量多次进犯，均被一一五师师直部队和六八六团击退。
日军连续遭我打击，面对泰肥山区如坐针毡。于5月上旬，纠集兖州、东阿、汶上、泰安和肥城等14个县的日军5000人、伪军3000多人，汽车100余辆、火炮100多门，兵分九路向我泰肥山区合击，寻我军主力决战。
5月2日至8日，日军对东平、汶上地区扫荡。5月10日陈光师长命六八六团二营护送师直属队和津浦支队一起越过泰肥公路，进至大峰山地区活动。5月11日，师直在牛家庄、东峪以北和敌人遭遇，津浦支队抢占凤凰山，师直属队向陆房撤退。清晨，四面枪声大作，一一五师师部、六八六团、中共鲁西区委、泰西特委及津浦支队共3000余人，被日军包围在肥城东南陆房一带。陆房地形像个铜盆，纵横不到10公里，南北西三面环山，东面是丘陵。陆房距日军尾高龟藏司令官的指挥部驻地演马庄仅10公里，形势十分危急。张仁初和政委刘西元临危不惧，再三研究部署后，对六八六团作了紧急动员。张仁初坚�