西安事变后，毛泽东积极促成抗日民族统一战线的形成，同时集中精力对党的历史经验和教训进行深入的思考和概括。抗日战争爆发后，写了《论持久战》等文章，对抗日战争的战略方针进行了阐述。
1935年的瓦窑堡会议确定的方针是：“抗日反蒋”，把工作重点放在了张学良的东北军和杨虎城的第十七路军方面，经过几个月的工作，红军同东北军、第十七路军初步达成“停止内战，一致抗日”的秘密协议，开始形成互不侵犯、互相通商、互派代表的新格局。
1936年9月1日，中共中央书记处向党内发布了《关于逼蒋抗日问题的指示》，指出“抗日反蒋”的口号是不适合的，我们的总方针应是逼蒋抗日。这一指示标志着中国共产党对国民党蒋介石的方针从“抗日反蒋”转变到“逼蒋抗日”。
1936年12月12日，张学良、杨虎城在西安扣留了蒋介石及其随行人员，宣布成立抗日联军临时西北军事委员会，并通电全国提出八项政治主张。
中共得知西安事变的消息，13日召开了政治局常委扩大会议。在经过一番讨论后，毛泽东作出结论“我们不是正面的反蒋，而是具体地指出蒋的个人的错误，”“又要反蒋，又不反蒋，不把反蒋与抗日并立。”西安事变和平解决后，毛泽东欢迎周恩来返回延安。
17日，周恩来抵达西安，协助处理事变。当晚，周恩来致电中共中央，提出要“保蒋安全”。这个处置办法得到中共中央的同意。
19日，中共中央再次召开政治局扩大会议，毛泽东作结论指出：“现在应估计到这次是可能使内战结束。”“我们应变国内战争为抗日战争。”“我们要争取南京，更要争取西安。”
会议通过《中央关于西安事变及我们的任务的指示》。提出：“反对新的内战，主张南京与西安间在团结抗日的基础上，和平解决。”同时，中华苏维埃中央政府及中共中央联名向南京、西安当局发出通电，表明主张和平解决西安事变。至此，中共中央和毛泽东提出的和平解决西安事变的方针正式确定。
经过中国共产党及其代表，张学良、杨虎城及南京政府代表三方的共同努力，西安事变得以和平解决。这标志着十年内战的结束和中国共产党倡导的抗日民族统一战线的初步形成。
西安事变和平解决后，中共中央采取有力步骤推动国共合作。1937年2月10日，中共中央发出《致国民党三中全会电》。电文中提出了五项要求和四项保证，第一次公开宣布了实现国共合作的条件，表明了中国共产党真正抗日团结御侮决心，这一电文发出后，得到全国民众的热烈支持。2月25日，国民党三中全会召开，会议通过的决议虽然仍使用反共的语言，但所提的谈判条件同中国共产党提出的条件在实际上是相近的，这表明蒋介石集团正在接受中国共产党倡导的国共合作抗日的政策。
毛泽东说：“过去的革命战争证明，我们不但需要一个马克思主义的正确的政治路线，而且需要一个马克思主义的正确的军事路线。”这就必须系统地总结中国革命战争的历史经验，从中作出新的理论概论，这就是毛泽东《中国革命战争的战略问题》一书的由来。
1936年12月，毛泽东在红军大学为第一期学员讲授《中国革命战争的战略问题》，该讲稿于1941年正式出版。毛泽东在这本着作中用五章篇幅对有关中国革命战争战略的诸问题进行了系统论述。强调“我们的战争是革命战争，我们的革命战争是在中国这个半殖民地的半封建的国度里进行的。因此，我们不但要研究一般战争的规律，还要研究特殊的革命战争的规律，还要研究更加特殊的中国革命战争的规律”。认为在中国只有无产阶级和共产党才能领导中国革命和战争走上胜利的道路。
在论述中国革命战争的特点时指出：“经过了一次大革命的政治经济不平衡的半殖民地的大国，强大的敌人，弱小的红军，土地革命——这是中国革命战争四个主要的特点。这些特点，规定了中国革命战争的指导路线及其许多战略战术的指导原则。”接着，毛泽东回顾了十年内战中以“围剿”和反“围剿”为主要形式的战争的历史经验，并且就九个问题作了说明：积极防御和消极防御，反“围剿”的准备，战略退却，战略反攻，反攻开始问题，集中兵力问题，运动战，速决战，歼灭战。
《中国革命战争的战略问题》是毛泽东军事思想体系形成的重要标志，它以对中国国情的科学分析和准确把握为深厚根基，以实践为主要源泉，充满着实事求是的创新精神，具有鲜明的中国特色，对马克思主义军事学说作出了重要贡献。
1937年7月7日，卢沟桥事变爆发，全民族抗战拉开序幕。7月23日，毛泽东发表《反对日本进攻的方针、办法和前途》一文，提出中国抗战应实行全面的全民族的坚决抗战的主张。
在推动国民党进行全国性抗战的同时，红军参战的实际准备工作也在加紧进行。7月14日，毛泽东、朱德已向彭德怀、任弼时等红军将领下达“十天准备完毕，待命抗日”的命令。但蒋介石此时仍不肯下达红军改编的命令，反倒多次催促红军迅速出动。
国共两党的谈判仍在继续，但进展并不顺利。直到8月13日淞沪抗战爆发，谈判才出现转机。接着，国共两党达成协议。
8月22日至25日，洛川会议召开。毛泽东在会上作了关于军事问题和国共两党关系问题的报告，明确我军应以创建根据地、钳制与消耗敌人，配合友军作战和保存与扩大自己等为基本任务；确定我军执行独立自主的山地游击战的战略方针，实行由国内正规战向抗日游击战的军事战略转变，使游击战争担负起开辟敌后战场，配合正面战场，创建抗日根据地的历史使命。在会上，毛泽东被选为中央革命军事委员会主席。会议还通过了《中央关于目前形势与党的任务的决定》、《抗日救国十大纲领》等文件。
8月25日，毛泽东以中共中央革命军事委员会主席的名义，会同副主席朱德、周恩来发布命令，宣布红军改名为国民革命军第八路军(9月改称第十八集团军)，朱德任总指挥，彭德怀任副总指挥，叶剑英为参谋长，左权为副参谋长。下辖三个师：第一一五师，第一二○师，第一二九师。
从9月2日起，八路军陆续从山西开赴华北前线。当八路军开进山西时，日军发动了强大的钳形攻势，原有的部署已无法实现。毛泽东及时改变原定部署，指示八路军三个师分别部置到晋东北、晋西北、晋南，广泛发动群众，开展游击战争，创建抗日根据地。
对于“独立自主的山地游击战”这一作战方针，毛泽东也十分关注。从9月份开始，多次电令前方要以最大决心实现从运动战到游击战的战略转变，明确提出华北的工作应以游击战争为惟一方向，一切工作应围绕游击战争。并且指出要开展广泛的游击战争，必须建立起巩固的抗日根据地。
9月25日，八路军一一五师取得平型关大捷。根据平型关战斗的经验，毛泽东又进一步明确地提出八路军作战的“根本方针是争取群众，组织群众的游击队。在这个总方针下，实行有条件的集中作战”。
10月，忻口战役打响。国共两党所领导的军队在这一战役中密切配合作战，取得了较好的战果。11月8日，太原失守。华北战场的抗日战争进入了一个新的阶段：以国民党为主体的正规战争已经退居次席，以共产党为主体的敌后游击战争开始处于主导地位。
毛泽东对于战局的变化有着极为敏感的洞察力。在太原失守的当天，毛泽东致电周恩来、朱德、彭德怀等，指出：“八路军将成为全山西游击战争之主体。应该在统一战线之原则下，放手发动群众，扩大自己，征集给养，收编散兵。”
面对国民党军队的溃退，政权的瘫痪，毛泽东接连电示八路军，指出八路军在新的形势下，应该消除依赖国民党军队的思想，独立自主地放手发动群众，壮大自己的力量，在敌后广大乡村广泛建立抗日游击根据地。
太原失守后短短几个月时间，在毛泽东及时正确的指挥下，八路军逐步建立起抗日根据地，逐步实现了在山西战略展开的预定目标，为开创华北敌后抗战新局面奠定了基础。
1938年春，华北日军主力南下攻打徐州，致使河北、山东等平原地区兵力空虚，毛泽东抓住此机遇，立刻调整部署，作出从华北山地进入到平原地区开展游击战争的重大决策。
在冀中平原等地区进行的游击战争取得了成功后，毛泽东、张闻天、刘少奇在1938年4月21日向八路军总部发出具有战略意义的指示：“党与八路军部队在河北、山东平原地区，应坚决采取尽量扩大发展游击战争的方针，尽量发动最广大的群众走上公开的武装抗日斗争。”
根据这一指示精神，八路军总部在第二天就电令第一二九师主力和第一一五师三四四旅一部迅速从太行山区向冀南、豫北平原及铁路沿线展开。不久，又令宋时轮、邓华两支队组成八路军第四纵队挺进冀东、热南、察东北创建抗日根据地。这样，抗日游击队战争在华北平原上逐步展开了。
此时，毛泽东对奋战在南方的新四军工作也作出了部署。新四军是由红军长征后留在南方8省15个地区的红军游击队改编而成的，叶挺任军长，项英任副军长。新四军活动区域大多是在平原、丘陵地带和河湖港汊，作战和发展有困难。当华北平原游击战争取得成功经验后，毛泽东立刻在5月4日致电项英，指出：在敌后进行游击战争虽有困难，“但只要有广大群众活动地区，充分注意指挥的机动灵活，也会能够克服这种困难，这是河北及山东方面的游击战争已经证明了的。”电报还就具体方针与行动方向作出了部署。根据中央的战略部署，新四军各支队经过整训陆续开赴华中敌后。到了1938年底，以茅山为中心的抗日游击根据地已初步建立起来。
毛泽东在延安窑洞内撰写《论持久战》。1938年5月19日，徐州失守。人们都在思考中国能不能取得胜利？怎样才能胜利？“亡国论”、“速胜论”等错误观点到处流传。针对这种情况，毛泽东于5、6月间相继发表了《抗日游击战争的战略问题》和《论持久战》两部着作，回答了困扰人们思想的种种问题，在国内外产生了重大影响。
在《抗日游击战争的战略问题》一文中，毛泽东分析了抗日游击战争的特点，指出抗日游击战争必然是大规模的、长期的和残酷的，论述了战争的基本原则是保存自己，消灭敌人，并对抗日游击战争中的6个具体战略问题进行了回答，特别强调游击战争在抗日战争中的重大意义。
在《论持久战》中，毛泽东指出：抗日战争是持久的，最后胜利属于中国，他深刻地揭示了中国抗日战争必须经过持久抗战取得胜利的客观根据。因为在这场战争中，中日双方存在着互相矛盾的四个基本特点：第一，日本是帝国主义强国，中国是半殖民地半封建弱国；第二，日本的侵略战争是退步的、野蛮的，中国的反侵略战争是进步的、正义的；第三，日本战争力量虽强，但它是个小国，人、财、物均感缺乏，经不起长期的战争，中国是个大国，地大物博，人多兵多，能够支持长期的战争；第四，日本的非正义战争在国际上是失道寡助的，中国的正义战争却是得道多助。第一个特点决定了中国不能速胜，后三个特点决定了中国不会亡国，经过长期抗战，最后胜利属于中国。