1937年7月15日，中共中央向国民党中央提交的《中国共产党为公布国共合作宣言》中提出“取消现在的苏维埃政权，实行民权政治，以期全国政仅之统一。”随后，在国共两党代表谈判中达成协议，陕甘宁特区改为陕甘宁边区，作为国民政府行政院的一个直辖行政区域。
9月6日，中国共产党将中华苏维埃共和国中央政府西北办事处正式改名为陕甘宁边区政府。10月12日，国民政府行政院第333次会议，指定划以陕西之延安（肤施）、安塞、保安（志丹）、安定（子长）、延长、延川、栒邑（旬邑）、淳化、定边、靖边、甘泉、鄜县（富县）、米脂、绥德、葭县（佳县）、清涧、吴堡，甘肃之庆阳、合水、环县、镇原、宁县、正宁等23县，并以宁夏之花马池（盐池）及神（木）府（谷）区、关中区部分地区，归陕甘宁边区政府直接管辖，并为八路军之募补区。边区东靠黄河，北起长城，西接六盘山脉，南临泾水，南北长近500公里，东西宽约400公里，面积约13万平方公里。陕甘宁边区是中共中央和中央军委所在地，中国人民抗日战争的指导中心，是八路军、新四军的总后方。
1937年8月，中国工农红军主力改编为国民革命军第八路军挺进华北抗日前线时，中共中央军委决定将八路军第115师炮兵营、辎重营，第120师特务营、工兵营、炮兵营、辎重营及第359旅第718团，第129师特务营、工兵营、炮兵营、辎重营及第385旅（欠第769团），共9000余人，留守陕甘宁边区，与陕甘宁边区地方武装保安队和自卫军，担负保卫边区的任务。8月25日，中共中央军委决定在延安成立八路军后方总留守处，以萧劲光为主任，统一领寻和指挥各留守部队。
1937年10月2日，八路军各留守部队除第770团番号不变外，统一改编为警备第1至第8团。另有骑兵营和鄜甘独立营。12月，中央军委决定八路军后方总留守处改称为八路军留守兵团，萧劲光任司令员。留守兵团由中央军委直接领导。1938年3月，日军对边区河防开始发动进攻。为统一边区武装部队的指挥，增强河防保卫力量，4月，中央军委决定将陕甘宁边区保安司令部及所辖地方部队，统归留守兵团指挥。此时，边区部队计有1个旅、10个团、10个保安队、1个独立营，总兵力为1.5万余人。
太原失守后，日军逼近黄河，威胁边区安全，陕甘宁边区八路军担负着正面阻止日军渡河西进，保卫西北北大门的艰巨任务。
陕甘宁边区的东面是黄河天堑。边区河防线北起府谷，南至宜川，蜿蜒1000余公里，是陕甘宁边区的重要屏障，也是中共中央、中央军委与敌后各抗日根据地联系的唯一通道。从1938年2月起，日军向边区河防不断发动进攻，企图强渡黄河，突破西北重要门户，切断陕甘宁边区与各抗日根据地的联系，威胁中共中央、中央军委指挥中枢的安全。为加强河防守备，八路军留守兵团以警备第6团驻防神府地区，守备霞县北、万户峪、沙峁、磐塘、马镇、贺家堡等沿河各渡口，以警备第8团驻防米脂，守备大会坪，媳蜊峪、宋家川、李家沟、丁家畔、康家塔、枣林坪等渡口；以警备第3团驻防清涧，守备河口、界首、枣林坪（不含）等渡口；以警备第4团驻防永平地区，派出1个营守备延水关、高家畔渡口；以警备第5团驻防延长，守备凉水岩、马头关、清水关等渡口。为了便于指挥，还成立了两延、神府、五县（绥、米、葭、吴、清）河防司令部，作为留守兵团派驻当地的代理指挥机构，以萧劲光兼任河防总指挥。在河防战斗中，各部队根据毛泽东的战略思想，采取积极防御的方针，以主动、灵活、积极、坚决、突然的战术动作，粉碎了日军对河防的多次进攻。
神府河防战斗。1938年2月，侵入山西的日军以第109师团沿汾（阳）离（石）公路西犯，侵占中阳、离石，27日，进占黄河东岸要口军渡、碛口，直迫河防，并猛烈炮击西岸吴堡、宋家川河防阵地。留守兵团警备第8团扼守宋家川一带渡口，警备第3团以一部兵力渡河，向柳林敌后袭击。3月3日，军渡、柳林之敌均向离石撤退。在此期间，驻大同日军第26师团亦向晋西北进攻，连陷宁武、神池、五寨、岢岚、保德、河曲、偏关等7座县城，直逼神府河防。3月12日，进占保德的日军第26师团一部2000余人，附炮20余门，携带渡河器材，13日进抵神府磐塘渡口对岸，首先炮击河防阵地，尔后在10余架飞机的掩护下，开始强渡黄河。八路军留守兵团河防守备部队及神府武装沉着应战，在日军密集渡河时，以突然猛烈火力，击敌于半渡之中；并以机动兵力一部，乘日军渡河混乱之际，迂回渡过黄河，袭击日军侧背，在八路军第120师积极配合下，迫使进犯河防的日军撤退。此次战斗，共计毙伤敌140亲人，警备第6团仅伤亡6人。
第一次宋家川战斗。1938年4月，沿汾（阳）离（石）公路西犯的日军第109师团在离石一带集结约1个旅的兵力，附火炮30余门，于5月再次向黄河东岸军渡渡口进犯，企图突破留守兵团黄河西岸阵地，占领陕西省宋家川（今吴堡城）渡口，为打破日军企图，留守兵团未等敌到达河岸，即令警备第8团主力东渡黄河，进至汾离公路翼侧，以伏击、袭击等手段，寻机打击日军。5月10日夜，该团在离石城西北王老婆山地区袭击西进日军，击溃日军1个大队，歼灭日军200余人，警备第8团伤亡80余人。日军渡河企图再次遭到挫败，随即撤退。
凉水岩、马头关河防战斗。1938年12月下旬，山西日军在占领大宁吉县、永和后，即准备大批渡河器材，伺机向黄河东岸逼进。1939年1月1日，日军分3路，每路1000余人，附炮10余门，向黄河沿岸的马头关、凉水岩、泥金滩挺进，先后占领上述三据点河东阵地，当即以猛烈炮火轰击河西八路军留守兵团河防阵地，并以飞机10余架投掷毒剂弹，在破坏数段河防阵地后，即在火力掩护下进行强渡。八路军留守兵团警备第5团乘日军运动集结时，进行猛烈火力还击，击毁其部分船只，歼敌一部，日军被迫撤回黄河东岸。与此同时，八路军河东部队积极开展游击战争，袭击日军运输队。日军在攻击受挫，后方交通又受到威胁的情况下，于1月4日开始撤退，警备第5团以一部兵力东渡黄河，向日军发起追击，在大宁城西的曲峨镇给日军以打击后，安全撤回河西，此役共歼灭日军80余人，警备第5团伤亡8人，中毒10余人。
第二次宋家川河防战斗。日军对边区河防的三次进攻均遭失败，于是调集重兵，向宋家川与马头关、凉水岩等处，同时发起进攻，企图钳制河防部队兵力，乘虚实施重点突破。1939年5月，日军由太原增调2个师团至汾阳、离石，并携带大批渡河器材，于6月4、5日，日军一路1万余人进占军渡，在黄河东岸构筑工事，并以炮火轰击河西宋家川、枣林坪一线八路军留守兵团警备第8团河防阵地。6月6日，日军又以1.5万余人进占孟门、碛口两镇，井以飞机竟日向河西河防阵地及陕甘宁边区内地城市进行猛烈轰炸。同日，日军1个联队共2000余人，由隰县、大宁出动，附炮20门，于6日晚分别占领马头关及泥金滩河东阵地，并向西岸八路军留守兵团警备第5团阵地轰击。面对日军重兵压境，边区政府与军民全力支援河防部队。八路军留守兵团河防部队坚守阵地，在宋家川方向经3昼夜激烈战斗，使日军始终未能接近河岸，渡河未成。在马头关、泥金滩方向，八路军河防部队在日军飞机轰炸和毒剂攻击下，沉着应战，也粉碎了敌人渡河企图。在此期间，黄河以东八路军部队于敌后积极活动，破袭日军交通线阻敌运输，积极配合作战。日军腹背受敌，被迫全线撤退。此时，八路军留守兵团警备第8团分兵一部渡河东进，收复李家垣（军渡以东）、柳林、击毙日军50余人。八路军留守乓团警备第5团乘日军撤退至河滩集结时，进行突然火力袭击，毙伤日军30余人，至此，日军对边区河防最大的一次进攻又告失败。
第三次宋家川河防战斗。1939年9月4日，驻汾阳、离石日军约三四千人，附炮30门，迸占军渡，构筑工事，修筑军（渡）离（石）公路，企图巩固河东阵地长期据守，待机进攻。为粉碎日军在黄河东岸立足的企图，留守兵团河东侦察部队乘日军立足未稳，猛袭军渡以东之穆村、薛村，并破坏了军渡和薛村的公路。9月6日，日军向碛口进犯，留守兵团河防部队即于河东孟门等地抗击消耗日军。同时，留守兵团河西部队又以一部兵力渡过黄河，迂回至日军后方，活动于柳林、穆村、军渡间。在八路军留守兵团河东部队袭扰下，日军遂于12日龟缩至柳林、穆村地区。
碛口河防战斗。1939年11月初，日军调集1万余人，准备大批渡河器材，于20日分4路由晋西大武、离石、柳林、穆村等地，向碛口合围。同时以一路奔袭葭县渡口。23日，日军主力占领碛口、孟门两镇，开始向河西实施猛烈炮击，并以一部2000余人，在火力掩护下，集结碛口河滩，放船漕渡。八路军留守兵团警备第8团立即对集结与渡河之敌猛烈射击，将日军击退。此时，留守兵团河防左翼部队警备第6团以一部兵力，趁机渡过黄河，袭击日军侧后，经5小时战斗，迫敌分路撤退。此次战斗，八路军留守兵团河防部队共毙日军100余人，俘虏日军2人，自己伤亡12人。
第四次宋家川河防战斗。1939年12月初，日军集结驻离石、柳林兵力4000余人、炮20余门，再次进犯军渡，炮击宋家川。于12日占领李家垣后，加强对河西阵地实施炮击，企图强渡。八路军留守兵团河东侦察部队当日军向李家垣进犯时，即在李家垣以南山地对敌阻击，随后，转向军（渡）离（石）公路打击日军。经5日战斗，日军因侧后不断遭到打击，于16日向东撤退至柳林。留守兵团乘机收复军渡、李家垣。
八路军留守兵团河防部队在陕甘宁边区人民和人民自卫军的支援下，在晋西北人民和八路军直接配合下，采取积极防御的作战方针，将河西的顽强防御和河东的积极进攻结合起来，依托黄河天险和工事，以猛烈火力击敌于半渡之中；同时，以机动部队大胆渡过黄河，迂回敌之侧后，给敌以突然打击，挫败日军的渡河企图，打退日军的进攻，从1938年3月至1939年底，日军以数千至万亲人的兵力，在优势火力的支援下，向边区河防频繁发动23次进攻，付出重大伤亡，却屡遭失败。八路军留守兵团河防部队，使千里河防始终未被日军突破，这在中国抗日战争的江河防御作战中，是绝无仅有的辉煌战绩。