1937年，随着抗战爆发后，主力红军改编为八路军115师、120师和129师。
115师是由红1军团和红15军团为主改编而来；120师除了红2军团和红6军团外，红27军、红28军也编入其中。129师由四方面军4、31军，陕北红军29、30军以及第十五军团的骑兵团改编而来。
整编后，军职改为旅职，师职改为团职，团职改为营职等，大多数都降低一级使用。作为原红28军军长宋时轮改为120师358旅716团团长，是为数不多从军职改为团职的将领。
宋时轮可是老资格，在1931年就担任过军参谋长。后部队缩编为独立师后，担任师参谋长、师长。后到红军学校当教员，大转移时编入红军干部团。部队挺进陕北后，被重新启用，调任红15军团担任作战科长，协助参谋长主管部队作战。
1936年4月14日，红28军军长刘志丹牺牲后，宋任穷改为军长。当西征时，宋时轮担任军长，宋任穷担任政委。
随着抗战爆发，因红二方面军兵力改编为120师，兵力需要补充，陕北红27军、28军编入其中。红28军自成立时，兵力就不多，也就1200多人，下辖三个团。一千多人多部队，实际上还不足解放战争时期一个团编制，但当时部队兵力不足，一千多人多团力量也不弱。
宋时轮担任团长时间不长，就成立宋支队，率领部队挺进雁北开辟根据地。支队的级别与旅是平级，他成为旅级职务。
1938年，上级调宋支队挺进冀东开辟根据地，与邓华支队组建八路军第纵队，担任纵队司令。因为冀东开辟根据地，平原受阻，回平西。
由于没有长期在平原打游击调经验，青纱帐倒了，部队很难站住脚。而且暴动武装数量庞大，缺乏统一领导，缺少物资。基于各方面客观和主观原因，最终部队撤回平西。
后来，宋时轮因身体不适离开前线，去延安休养和学习。直到抗战结束后，被派往山东工作，后担任山东野战军参谋长，军区司令，纵队司令、兵团司令等职。
