村、前岭等村庄驻扎。县政府随即组织战地服务团前往町店援助部队。地方党政组织向部队首长介绍了当地的地理形势，汇报了地方武装和群众组织情况，发动区、村自卫队、游击队积极进行备战，组织担架队和抢修工事民工队，布设岗哨盘查行人，以防止泄漏军事机密，同时，组织群众转移。
1938年6月，徐海东和政委黄克诚指挥所部和八路军晋豫边游击队在阳城北部町店地区的芦苇河一带伏击日军，歼灭日军第二十五师团一个联队，毙伤日军近千人，并击退来援之敌。取得重大胜利。
1938年8月，病倒在华北战场上，后回延安休养。他骁勇善战，不怕牺牲，在战斗危急时刻，经常身先士卒，被群众誉为“徐老虎”，先后9次负伤，积劳成疾。1938年10月，以中共中央军事委员会委员的身份列席了党的六届六中全会。会后进马列主义学院学习。1939年8月，跟随***同志到华中开展工作。***是以徐海东的随从身份为掩护到新四军的。1939年9月15日，离开延安。奔赴华中后，任新四军江北指挥部副总指挥兼第四支队司令员，艰苦转战在皖东一带。1939年12月，在皖东周家岗，率领新四军第四支队与日寇激战三昼夜，取得了皖东反扫荡中的一次重大胜利。当时，还任中共中央中原局委员，后中原局与东南局合并组成中共中央华中局，任华中局委员。1940年1月，由于紧张的战斗生活，劳累过度，旧病复发，病倒在皖东战场上。1940年5月，在安徽省津浦路西根据地休养。1940年8月，在江苏省淮安一带休养。1941年5月，任中共中央华中局委员。后长期治疗、休养。
解放战争时期，1946年8月，在山东诸城、莱阳等地休养。1946年9月，从山东到大连市休养。
中华人民共和国成立后任中央人民政府人民革命军事委员会委员、第一届中华人民共和国国防委员会委员，在疗养期间，写了几篇重要回忆录。1951年5月，周恩来专程到大连看望病中的徐海东。他看见徐海东的卧室里挂着洗过的新四军旧军装，就对其夫人周东屏说：“这衬衣、裤子、袜子，都是补丁摞补丁啦！不能把我们的猛将军打扮成叫花子嘛。”徐海东却说：“我喜欢穿它们。我们刚刚建国，资金短缺，把剩余的钱给那些死难烈士的家属用吧。”
1955年9月，实行军衔制时，中央决定授予他大将军衔，其名字排在粟裕之后，位列第二，并授予一级“八一”勋章、“独立自由”勋章和“解放”勋章。徐海东得知后，非常不安。恰巧，周恩来又来大连，并前来看望他。徐海东恳切地说：“总理，我长期养病，为党做的工作太少，授我大将军衔太高，我受之有愧啊！”周恩来握着他的手，动情地说：“海东同志，毛主席说了，你是对中国革命有大功的人啊！授予你大将军衔，是根据你对革命的贡献决定的，我看不高也不低，恰当！”
徐海东身居高位，但从不恃功自傲。他在大连期间，时时处处严格要求自己。大连文史专家孙玉写道：“徐海东大将平易近人，生活俭朴。为节约用水，大将吩咐工作人员不要将他的洗澡水放掉，而是用来冲厕所。大将对工作人员说，新中国百废待兴，需要大量的财力、物力，我们应该带头节约，从节约一滴水、一度电抓起。疗养院的老同志都记得，战功赫赫的大将不择衣食。平常他舍不得吃鱼、肉，只是到了周末才改善一次伙食。他吃剩的饭菜从来不许倒掉，而是让厨师妥善保管，下顿热热再吃。他说，每顿饭为国家节约一分钱，日积月累，也是不小的数字啊！”
1956年9月，徐海东当选为中国共产党第八届中央委员会委员。“八大”后，徐海东离开大连，迁往北京，住在观音寺一号。但是，他与大连的友谊仍在继续。一次，徐海东咯血不止，中央派出军用飞机，将大连著名中医李寿山请去会诊。由于支气管扩张，诱发大咯血，北京专家组采用石灰散、咳血方等凉血止血的方子，效果不佳。诊断时，李寿山发现徐海东精神萎靡，面色苍白，而且烦躁汗出，呼吸困难，不能平卧，语声低微，喉有痰鸣，咳中带血，其色浅红或暗红有块，每次约100～200ml。李寿山认为，他患的是阳虚夹寒不能摄血之症。于是，他对症开方，并亲自煎药。徐海东连服6剂，咯血症状止住了。随后，李寿山给他开了一些补养的方子，以增强体质。
1958年10月，任第二届中华人民共和国国防委员会委员病情稍有好转，到湖北参观访问，进行调查研究。1960年10月，主编红二十五军战史，并向编委会提出，一定要写党、写人民、写集体，不要突出个人。1962年2月，红二十五军战史编成后，又一次累得大吐血，徐海东再度病危，高烧不退。病危九天。徐海东点名叫李寿山去北京。李寿山在北京住了两个月，诊脉煎药，使徐海东转危为安。
1964年10月，任第三届中华人民共和国国防委员会委员。1969年04月，带病出席了中国共产党第九次全国代表大会，担任大会主席团委员并当选为中央委员。
1969年10月25日，病中的徐海东被林彪、**反革命集团强行“疏散”到河南省郑州市。徐海东带着氧气瓶上了去郑州的火车。1970年3月25日病逝于郑州。
这个不幸的消息传出，全党全军全国人民深感悲痛，毛泽东那几句感人肺腑的话更使国人永志难忘： “徐海东是中国工人阶级的一面旗帜”：“红军的领袖，群众的领袖”。“徐海东是对中国革命有大功的人”：“是最好的共产党员”。