中共中央革命军事委员会副主席
1937年7月7日，全国抗日战争全面爆发。为了在新形势下加强党对军队的绝对领导，同年8月22日至25日在洛川召开的中共中央政治局扩大会议决定，组成中共中央革命军事委员会，作为中共中央领导各抗日根据地武装斗争和军事建设的军事领导机构。其成员由11人组成：毛泽东、周恩来、朱德、彭德怀、任弼时、叶剑英、张浩、贺龙、刘伯承、徐向前、林彪。毛泽东任书记(亦称主席)，周恩来、朱德任副书记(亦称副主席)。
抗战时期的周恩来
1941年1月20日，中共中央政治局会议决定：中共中央革命军事委员会主席团由毛泽东、朱德、彭德怀、周恩来、王稼祥组成。军委主席团实际上相当于军委常委，由军委主席、副主席组成（王稼祥1938年11月回国后增补为军委副主席），军委实际工作由主席团办理。
1943年，周恩来和夫人邓颖超在延安窑洞前合影。
国民政府军事委员会政治部副部长
抗日战争时期，国共两党第二次合作。1938年1月，国民政府军事委员将原大本营第六部、军事委员会政训处、训练总监部政训处合并成立政治部，任命陈诚为部长，特别邀请周恩来任中将副部长。抗战期间，周恩来长期在国民政府所在地武汉、重庆进行党的工作和统一战线工作。
任国民政府军委会政治部副部长的周恩来
周恩来与政治部另一副部长黄琪翔中将合影
1938年2月21日，武汉各界举办“庆祝空捷追悼国殇”大会。周恩来前往致祭，纪念在三天前武汉空战中捐躯的中国飞行员。
抗日战争结束后，1946年1月上旬，周恩来作为中国共产党代表同国民党代表张群（后为张治中）、美方代表马歇尔组成负责军事调停的三人委员会（又称三人小组），通过谈判，达成停止军事冲突的协议。1946年6月，国民党军队发动全面内战后，周恩来率中共代表团返回延安。
军调三人小组，右起：周恩来、马歇尔、张治中
由于张治中的军衔是上将，为体现对等原则，在军调三人小组的正式活动中，周恩来也穿着佩戴上将军衔的军服。
