1937年，历经西路军磨难的王定烈回到延安，被编入八路军115师343旅警卫连。
1938年四五月间，王定烈进入旅部指导员培训班学习。当时物资极度匮乏，战士们只能排队用嘴给篮球吹气，条件十分艰苦。

此后他担任肖华的警卫员，亲眼目睹高级干部在繁忙战事之余，依旧坚持研读马列著作、《孙子兵法》等书籍。在河北南宫，他见到徐向前元帅。听到他的四川口音，又见他头上残留的作战刀伤，徐帅十分动容。听闻一千多名西路军幸存者编入115师，徐向前不由得落下热泪。

1939年，王定烈出任骑兵连政委，肖华将自己的望远镜赠予他。抗战中后期，他进入山东分局党校进修哲学，之后调任8团副团长。团长齐钉根作战勇猛，曾孤身冲入敌阵，活捉马家军悍将冶成章（外号野骡子） 。1945年，王定烈率领部队南下开辟豫中抗日根据地。日本宣布投降后，部队遭到国民党军队阻拦，几经辗转，编入中原军区一纵队二旅四团，继续投身斗争 。