。起义失败后，于1929年春返回陕北，任中共陕西省委候补委员、陕北特委军委书记。打入陕北、陕甘边一些军阀部队和民团，进行兵运工作，组织革命武装力量，曾先后任营长、团长、旅长等职。1931年10月，和谢子长等将南梁游击队与陕北游击支队合编为西北反帝同盟军(不久改编为中国工农红军陕甘游击队)，先后任副总指挥、总指挥，总结过去失败的教训，学习井冈山斗争的经验，开辟以照金、南梁为中心的陕甘边苏区。
1933年5月奉命随红26军2团南下渭南华县地区作战，失败后，率少数人奋勇作战突出重围，9月返回照金苏区，任陕甘边红军临时指挥部副总指挥兼参谋长。1933年11月成立红26军42师后，任42师参谋长，不久任师长，率部北上合水、庆阳，与陕甘边游击队、关中游击队、陕北游击队1支队互相配合，开展游击战争。
1934年2月到4月间，九战九捷，以劣势兵力取得了西华池等战斗的重大胜利，挫败了国民党军对陕甘边苏区的第一次“围剿”，建立了陕甘边工农民主政府和14个游击支(中)队，进一步巩固和发展了革命根据地。1934年5月任中共陕甘边军事委员会主席，后兼军政干校校长。编写了《军事教育大纲》、《政治工作训令》等教材。
1935年2月，刘志丹任西北革命军事委员会主席。5月，红26军、红27军会合后组成西北革命军事委员会前敌总指挥部，刘志丹任总指挥，率红26军、红27军主力，以围点打援、出敌不意、各个击破的战法，经两个多月的机动作战，攻克延长、延川、安定、安塞、保安、靖边6座县城，歼灭大量敌军，粉碎了国民党军对陕甘边苏区的第二次“围剿”。8月，在陕北、陕甘边苏区第三次反“围剿”中，刘志丹指挥红军主力，歼灭国民党晋军1个团，迫使晋军主力撤回黄河东岸。三次反“围剿”斗争胜利后，陕北、陕甘边两块苏区连成一片，成为中共中央和各路北上抗日红军长征之后的落脚点。9月，红26军、红
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