为了加强在新形势下党对军事工作的领导，洛川会议决定组成中共中央革命军事委员会（简称中央军委）。中央军委由毛泽东、朱德、周恩来、彭德怀、任弼时、张浩、叶剑英、林彪、贺龙、刘伯承、徐向前11人组成，毛泽东为书记（亦称主席），朱德、周恩来为副书记（亦称副主席）。会议期间，中央政治局常委会还决定设立中共中央革命军事委员会前方军分会，由朱德、彭德怀、任弼时、张浩、林彪、聂荣臻、贺龙、刘伯承、关向应9人组成，朱德为书记，彭德怀为副书记，受中央军委统辖。八路军各师成立军政委员会，受中央军委前方军分会统辖。1937年12月14日，中共中央决定，成立中共中央军委新四军分会，由项英任书记，陈毅任副书记。
1941年4月16日，中共中央决定设中共中央革命军事委员会华北分委员会（简称军委华北分会），朱德任书记，彭德怀任副书记。委员有朱德、彭德怀、左权、罗瑞卿、滕代远、陆定一。
中央军委总部设在延安王家坪，对外称八路军延安总部，下设总参谋部、总政治部、供给部、卫生部等工作机构，后又成立军委后方勤务部。
1937年8月，军委主席毛泽东发布关于军委参谋部的组织系统及任职人员的通令。此时，原中革军委司令部改称参谋部（即总参谋部）。军委总参谋部设四个局，第一局负责作战指挥，第二局负责技侦情报，第三局负责通信联络，第四局负责教育训练和人事工作（1938年撤销第四局）。总参谋部另设有编译局。1941年9月后，军委作战部实际上履行军委总参谋部的职责，在长达八年的抗日战争中，先后有五人任中央军委参谋长：肖劲光、滕代远、王若飞、叶剑英、彭德怀（总参谋长）。
1937年10月16日，中央军委作出决定，为统一并加强后方部队政治工作的领导，贯通前后方的联系，成立中共中央军委总政治部（1938年1月决定，对外以八路军政治部的名义出现）。主任先后为任弼时（1937年10月至1938年8月，毛泽东代理主任）、王稼祥、刘少奇。副主任先后为谭政、傅钟。八路军和新四军及留守部队、医院、学校、边区各地区部队、全国各游击队部队的政治工作，统一由中共中央、中央军委总政治部负责领导。1940年5月，日本共产党野坂参三到延安，被聘任为总政治部顾问。
总政治部下设组织部、宣传部、统战部、敌军工作部、联络部、锄奸部、民运部、直属工作部、秘书处等部门。为活跃部队的文化工作，总政治部曾一度设有电影团。