1933年12月任红1军团参谋长。
1934年10月中央红军主力开始长征，左权随先头部队指挥作战。5月，在强渡大渡河的作战中，左权率部先是在崎岖的小路中轻装疾行，出敌不意地直取小相岭隘口，攻下越西县城。之后一天急行140华里越过晒经关，他率军攻占了大树堡渡口，以佯渡之态势转移了国军对安顺场方向的注意，成功地掩护了红1师从安顺场渡过大渡河。最终中央红军主力全部通过泸定桥，甩掉了尾追不舍的国民党中央军。
1936年10月红军三大主力胜利会师。11月中旬，在山城堡，左权、聂荣臻指挥红1军团与红15军团一部完成了对胡宗南78师的包围。21日发起总攻，经过一昼夜激战，歼敌2个团。刘伯承说：“左权同志部署作战是细致周密的。1936年双十二事变前夜的陕北山城堡战斗，就是一个范例。”[3]
抗日战争
1938年春，八路军总部决定歼灭日军一部，左权建议先攻打苫米地旅团。他决定利用长乐滩的地形优势，兵力分作三部分，布成口袋状。待日军全部进入口袋之后，左权一声令下——“打”，日军队伍被斩成数段。最后被八路军用火力和肉搏消灭。旅团长苫米地亲自率精锐前来救援，左权又安排部队截击，使其逃走。长乐之战歼敌2000多人，缴获大批辎重。
1938年12月任八路军前方指挥部参谋长。
1939年年底到1940年初，蒋介石发动了第一次**高潮。国民党第97军军长朱怀冰与冀察战区鹿钟麟、石友三部纠集在一起，在日军的配合下，猛扑太行抗日根据地。3月上旬，身兼八路军第2纵队司令的左权，指挥部队在平汉路东西两侧发起自卫反击战，经4天4夜激战，击溃了石友三进犯军的进攻，全歼朱怀冰等部10个团，保住了太行抗日根据地。
1939年4月与刘志兰结婚。
1940年8月20日至12月5日，八路军发动了百团大战。这次战役的总指挥所设在武乡县王家峪村。左权协助彭德怀全力投入作战指挥。
1941年11月日军第36师团及独立混成旅团各一部7000余人向黄崖洞进攻，负责保卫黄崖洞的是八路军总部特务团，左权要求该团在保卫战中“一定要抓住一个’稳‘字，坚持不骄不躁，不惶不恐，以守为攻，以静制动的原则”。11日凌晨战斗打响。21日乘胜追击的八路军收复了黎城，胜利地结束了黄崖洞保卫战，此仗日伪军损失2000余人，双方伤亡之比为6：1。中央军委认为：“这次保卫战是最成功的一次，不仅我受到损失少，同时给了日军数倍杀伤，应作为1941年以来反‘扫荡’的模范战斗。”
1942年5月日本军队出动大兵团突袭八路军前敌指挥部，左权负责断后，同年5月25日在山西辽县（现左权县）的十字岭突围战斗中被炮弹击中头部牺牲。[3]1942年10月10日，公葬左权的仪式在涉县举行，八路军副总司令彭德怀亲笔撰写并手书了《左权同志碑铭》。
主要贡献