抗日战争期间毛泽东委以刘伯承重任，让他担任八路军129师师长，并且选派了最得力的搭档——邓小平。从此，他们一直从抗日战争合作到解放战争，从晋冀豫根据地一直打到了全国各地。他们打出了一个八面威风、令蒋介石闻风丧胆的名字——刘邓大军。
也就是在这个时期刘伯承的军事指挥才能得到了空前的发挥。他指挥了无数次重大战役。许多战役出奇制胜，成为军事史上的典范。
刘伯承精通兵法，但他并不囿于书本，而是把兵法中可行的东西灵活地运用于战争实践，从而打出漂亮仗。他注重理论也注重实践，他相信理论只有与实践相结合，才不是教条的理论。
刘伯承元帅被看做是中国“三个半”战略家之一，人们常常赞誉他“料敌如神”，敌人也承认他“用兵神妙”；日军和国民党军队甚至组织专人研究刘伯承的战术，但到头来却还是败在刘伯承的手下。
刘伯承将军常说：“五行不定，输得干干净净。”何为“五行？”“五行”即任务、敌情、我情、地形、时间，掌握这五要素是战争取胜的基础和关键。所以，在每次重大战役前，刘帅都要对这五方面的因素进行认真分析，从而以奇制胜。著名的神头岭战斗就是一例。
1938年，日军为配合其津浦路作战，以三万余人的兵力向晋南、晋西发动进攻。为钳制向晋南进攻的日军，刘伯承率129师发动了长生口战斗，消灭了敌人130余人，击毁汽车5辆。为了进一步打击敌人的嚣张气焰，刘伯承运用“攻其所必救，歼其救者”的兵法，决定发动神头岭战斗。
神头岭山岭崎岖，地形复杂，公路也是从岭上通过。有的同志认为这种地形道路崎岖，不便于我军行动，而刘伯承却决定以这里作伏击战的战场，他说：“这里地形复杂，敌人的陆空技术兵种难以施展其长，骑兵也难以左右机动，选择这里，利于我隐蔽、埋伏，而不利于敌军展开回旋。”
在具体部署这次伏击战之前，刘伯承亲自到神头岭侦察地形。他发现，这里的汽车路是从岭上通过的，但司令部的参谋却没有在地图上标志出来，刘伯承严肃地批评他说：“这么大的疏忽，能打胜仗吗？做参谋必须细心，要像头发丝那样才行。”由于他的细心，避免了部署上的错误。
