1937年8月25日，中共中央革命军事委员会发出改编命令，宣布将中国工农红军第一、第二、第四方面军和陕北红军改编为国民革命军第八路军。张宗逊出任120师358旅旅长，下辖715团和716团等部队。

 八路军120师主力，于9月3日从陕西省富平县庄里镇出发北上。张宗逊率358旅随120师师部之后，经澄城、合阳，于12日在韩城芝川镇渡过黄河，进入山西抗日前线。遵照八路军总部的命令，9月底以358旅716团2营为基础组成雁北支队，在支队司令员宋时轮率领下北越长城，挺进雁北地区。

 不到一个月的时间，雁北支队积极作战并连续获胜，初步打开了雁北地区的抗战局面。而张宗逊则率358旅主力于10月8日袭击宁武县城，在友军配合下，歼灭了守城日伪军，收复该城。

 黑石头沟的“回马枪”

 1937年10月14日，张宗逊指挥358旅在359旅协同下，攻占同蒲路上的大牛店等地，歼敌一部。几天后，张宗逊更命令716团主力于雁门关以南黑石头沟公路两侧高地设伏，准备伏击往返于大同至代县间的日军运输部队，以切断进攻忻口日军的后方补给线。

 18日上午10点，日军汽车50辆满载步兵由北驶入伏击区。716团以密集火力向日军车队急袭，击毁日军汽车多辆。正在激战时，由阳明堡方向赶来大批日军。716团临危不惧，当即抽一部兵力进行阻击。激战至夜晚，其他方向又有日军援兵大举来袭，716团这才撤出战斗。此战，共毙伤日军300多人，击毁日军汽车20多辆。

 20日夜，716团以一部袭取了雁门关，以另一部破坏了广武至太和岭的公路及桥梁。21日，716团杀了一个“回马枪”，再次于黑石头沟公路设伏。上午9点，由南向北行驶的日军汽车200多辆和由北向南行驶的日军汽车数十辆，同时进入716团的伏击区。战斗打响后，日军增派八架飞机支援，向716团反扑。716团则占领有利地形，居高临下，以猛烈火力痛打日军。在敌人援兵赶来之前，主动撤出战斗。

 短短的3天时间里，358旅716团在雁门关以南共毙伤日军500多人，毁日军汽车数十辆，切断了日军由大同经雁门关至忻口的后方补给线。进攻忻口日军的粮、弹、油料供应濒于断绝，攻势受挫。张宗逊领导358旅配合忻口战役的胜利捷报，让当时奋斗在抗战前线的各部队均受到极大鼓舞，八路军总指挥部以多种形式对张宗逊和358旅加以表彰。蒋介石也致电朱德、彭德怀说：“接诵捷报，无任欣慰。着即传谕嘉奖。”“贵部林（115）师及张（358）旅，屡建奇功，强寇迭遭重创，深堪嘉慰。仍需继续努力，以竟全功为要。”

 外号“缴获大王”

 1938年2月中旬，华北日军为了迅速夺取山西全省，纠集了驻平遥、汾阳、邯郸的三路人马进攻临汾。为配合国民政府军队防守临汾，120师师长贺龙和政委关向应从岚县来到忻县西南的庄磨镇，指挥120师主力破击同蒲路北段。

 2月27日，日军为打通铁路运输，由原源、忻县调集2000多人，从南北两个方向向平社地区进攻。120师师部命令张宗逊率领358旅担任阻击太原方向日军的任务。张宗逊部署358旅716团3营在河庄阻击乘装甲列车沿铁路线北上的日军。战斗打响后，3营指战员一面射击，一面退至田庄的高地，将敌人引入早已埋伏在这里的2营的阵地。张宗逊分析了形势，果断命令716团从正面向日军突击，而715团从侧翼截击。黄昏时分，在全旅隐蔽进入攻击位置后，张宗逊指挥全旅发起总攻，将日军全线击溃。这次战斗共毙伤日军400多人，生俘2人，击毁日军火车一列，缴获了大批武器和物资。

 1938年2月下旬，日军1万多人由平绥、同蒲铁路和太（原）汾（阳）公路沿线各据点出动，分5路向晋西北抗日根据地进攻，相继占领宁武、神池、偏关、保德等7座县城。张宗逊率领358旅，采用游击战术，广泛袭击日军据点、破坏敌人交通联络，在运动中打击进犯的日军。3月17日，张宗逊率部赶到神池以南的虎北村、山口村地区，与神池出动增援五寨的1000多日军遭遇。在张宗逊的带领下，全旅指战员不顾长途行军的疲劳，立即发起攻击。很多战士的鞋子走坏了，赤着脚在雪地里同日军进行白刃格斗。经过数小时激战，歼日军300余人，俘日军军官1人，缴获轻重机枪3挺，马步枪20余支。此后，358旅发扬连续作战的作风，同友军一起收复了多座县城。在八路军120师收复七城的整个战役中，张宗逊指挥358旅和359旅协同作战，共消灭日军1500多人，缴获了当时八路军急需的山炮、汽车等一批武器装备。由于张宗逊在战斗中多次大批缴获敌人武器装备，其“缴获大王”的外号不胫而走。

 消灭蚋野大队

 9月下旬，侵华日军在“中攻武汉、南取广州、北围五台”的作战方针指导下，沿平汉、正太、同蒲、平绥铁路，分25路向晋察冀边区北岳区的五台、阜平、涞源等中心地区大举“围攻”，妄图分割、摧毁晋察冀抗日根据地。10月中旬，张宗逊受命率358旅开赴同蒲路以东，进入北岳区，直接参加反“围攻”作战。10月下旬，张宗逊率部开到五台城南一带。为摸清敌情，派716团参谋长刘忠带一个骑兵排，冒着风雪到五台一带侦查，准备相机攻打侵占五台的日军。次日中午，刘忠回来报告说：侵占五台的日军主力蚋野大队700多人，于昨晚向东进犯，今晨偷袭了高洪口。得此消息后，张宗逊判断，这股日军是孤军深入，扑空后必按原路返回。张宗逊的手指沿着地图上从高洪口到五台的大道慢慢地移动，最后停在滑石片沟。他指着地图对参加会议的指战员们说：“我们就在这里设伏，部队只要能及时赶到，歼灭这股日军是有把握的。”但张宗逊随即发现，日军距滑石片只有20里，而358旅却要走50里。因此，358旅要和日军抢时间，争取先敌到达，做好伏击准备。张宗逊遂决定，716团迅速开到滑石片两侧设伏，714团急行军到滑石片西北打援。

 战斗任务下达到部队后，战士们连做好的饭都没顾得上吃就从驻地出发了。旅部和716团只用了4个多小时，就走完了50里的山路，于3日晚9点登上了滑石片以西的各制高点。不久，日军进入了滑石片沟伏击地区。张宗逊立即命令716团发起进攻，将日军分割成数段，并连续打退日军的5次反扑。

 在战斗中，张宗逊亲自来到前沿阵地，对指战员们说：“敌人已经被打乱了，不能让他们有整顿组织、恢复指挥的机会，全团应该立即冲下去，彻底消灭这股日军。”716团指挥所根据张宗逊的部署，立即向各营下达了总攻击的命令。顿时，战士们冲向沟底，与日军展开了激烈的肉搏战。战至次日拂晓，日军全部被歼。滑石片伏击战，张宗逊率领358旅消灭了日军109师团第135联队蚋野大队700余人，其中俘虏21人，缴获山炮2门、轻重机枪30余挺、步枪340余支、军马153匹、电台一部及其他大批军用物资。战斗结束后，358旅一些连队的战士们，穿上缴获的日军呢子大衣，摆上缴获的武器，让晋察冀军区的记者照相（这张照片保存下来了）。

 消息传来，国民党派驻八路军120师的上校联络官陈宏模不相信张宗逊旅能取得如此辉煌的胜利。贺龙便嘱咐张宗逊给陈宏模送去缴获的两件日军呢子大衣和一柄日军军官指挥刀。在实物面前，陈宏模不住地频频点头。