接办牺盟会组建新军
1936年11月3日，薄一波受阎锡山之邀来到太原。此时的阎锡山是想借助共产党的声誉宣传抗日，所以，薄一波到山西最初一段时间与阎锡山的合作十分顺利。
薄一波到山西后做的第一项工作，就是接办牺盟会。牺盟会是山西省牺牲救国同盟会的简称，“九·一八”事变后成立，会长是阎锡山。但因没有得力的领导班子，牺盟会的工作始终没有开展起来。薄一波接手后，立即对牺盟会进行了改组，组成了以薄一波、董天知、韩钧等为首的新的工作班子。改组后的牺盟会，变成了共产党领导的抗日救亡组织，也变成了薄一波等在山西开展工作的“基地”。薄一波以牺盟会的名义，广泛发动群众，宣传共同抗日的主张，使山西的抗日工作在全国产生了很大的影响，各地青年纷纷来山西，参加抗日的准备工作。
牺盟会改组后不久，阎锡山召开了一次高干会议。他在会上出了一个题目：“假如日本人打进山西来，我们该怎么办？”他的目的是想扩军，想要训练30万国民军，来壮大自己的力量。会上，牺盟会的领导人提出应扩军，增强抗日力量，阎锡山听了很高兴。会后，阎锡山就让薄一波负责主持“招兵”工作，并把负责培养军政干部的军政训练委员会交给牺盟会领导。军政训练委员会的实际办事机构是政训部。政训部的组织、宣传、训练分别由梁化之（主任）、薄一波（副主任）、宋劭文、刘岱峰负责。薄一波通过牺盟会，首先开办各种训练班，培养干部。如1936年12月，连续举办两期“临时村政协助员训练班”，训练1000名宣传抗日的专职人员，并发展牺盟会会员60万人。在此基础上，又开办了“国民兵军官教导团”、“军士训练团”等，先后训练10个团，2万余人。这为以后组建新军，坚持山西抗战准备了干部。
抗战开始以后，阎锡山想扩充部队。一天，他找到薄一波说：“一波，战争开始了，还没有兵，你看怎么办？”薄一波趁机说：“组织新军，改革旧军。”阎锡山说：“旧军是不好改革啦，你就先组织一个团的新军试试吧！”薄一波随后立即着手组建新军。他决定以军政训练班、民训干部团和国民兵军官教导团第八团、第九团各300名学员组建新军第一个团，原来准备叫抗日青年先锋队，阎锡山把它改成“山西青年抗敌决死总队”。山西新军的第一支战斗部队从此诞生了。薄一波担任这个总队的政治委员，徐绩章任总队长，牛佩琮任政治主任。新军实行政委制，即政委是最高领导入和决策人，没有政委签字，一切军政大事不得实行。全队共辖三个大队，每个大队辖四个连，共两干多人，都是投身抗日救亡的爱国知识分子，是决死队的精华。三个大队的政治工作分别由廖鲁言、周仲英、王鹤峰负责。军事各级指挥人员则都由旧军官担任。政治工作人员则全部由共产党员和进步青年担任。
山西青年抗敌决死总队成立后，经过50天紧张训练和准备，于9月21日由薄一波率领，从太原开赴五台山地区，准备建立抗日根据地。行军到盂县时，遇到朱德。薄一波向朱德汇报了决死队建立的经过和到晋东北创建根据地的打算后，朱德说：晋东北地区已有八路军一一五师，你自然不要去了。我建议你设法取得阎锡山的同意，到晋东南去。晋东南地区也是毛主席预选的一块根据地，战略地位十分重要。前不久，我们得到情报，阎已委任汉奸张慕陶为上党地区专员、游击司令，张要占据那块地方。希望你去能把他撵走。
得到朱德的指示后，薄一波立即命令部队向晋东南上党地区转移，同时他自己又到太和岭口（阎前线指挥所驻地）去见阎锡山，见到阎锡山后，薄一波说：“上党地区是军事重地，我要求率部队到那里去，建立一个抗战的立脚点。”阎锡山不知道薄一波的意图，爽快地答应了薄一波的要求，并任命薄一波为山西第三行政区政治主任（后改为山西第三区专员公署专员）。
1937年10月，雁北、大同等地相继失陷。阎锡山看到山西旧军节节失利，士气不振，他又把希望寄托在扩建新军上。薄一波抓住这一时机，向阎建议，以国民兵军官教导团、军土训练团等为基础，组建5至10个旅的新军。阎同意先组建5个旅，并以第二战区司令长官名义发布命令，由薄一波全权负责，从速组建。当时，由于各干部训练团的兵力不足，决定先组建4个纵队（旅），这4个纵队的政治委员都是由薄一波来提名。当薄一波把拟定好的名单交给阎锡山批准时，阎锡山建议，政治委员最好是用山西人。薄一波按阎的意思又立即将四个纵队的政委分别改成薄一波、张文昂、戎子和、雷任民。各纵队的纵队长，由阎锡山从晋绥军中选任。一纵队成立后，八路军总部迅速从一二九师派遣80余名干部到一纵队工作。二、三、四纵队建立以后，又陆续给这些纵队输送过400名以上干部。新军除4个纵队外，还有郭挺一组建的工人武装自卫旅。
新军组建后，先后到晋东南、晋西南、晋西北，配合八路军发动群众，开展游击战争，多次袭击日寇，消灭了大量日伪军，为抗日战争立下了赫赫战功。
秋林会议晋西事变
1939年3月25日至4月22日，阎锡山在秋林镇召开了师长及独立旅长以上军官、各区专员及保安司令以上行政区干部、公道团主要领导干部、牺盟会各中心区及部分县特派员等参加的军政民高级干部会议，这就是有名的“秋林会议”。
以薄一波为首的牺盟会、决死队的主要领导干部都参加了会议，旧派的主要领导人也在会议上出现。会议的中心内容就是一条：取消新军政治委员制度，文官不能兼任军职。阎锡山宣布：这是蒋委员长的命令，我实在不能不执行。此外，会议还讨论了取消战地动员委员会，限制牺盟会活动，缩小专员权限，取消进步法令等内容。会议表面上一直是温和的，实际斗争非常紧张激烈。阎锡山装出一副可怜相，说他的处境很困难，全国都没有文官兼军职的，现在蒋介石在压他，要薄一波取消政治委员制度，帮他度过这一难关。
会上，二纵政委张文昂表现慷慨激昂地说：“你不要我们就算了，我们搬上铺盖就走。你不让行政官员带兵，我现在就辞掉专员，留下政治委员。”薄一波表态说：“政委制不能取消。山西搞了这么些时候，就是搞了些新军，帮助了阎先生抗战。现在这样不行。”阎锡山看到说不服薄一波他们，又从重庆调回赵戴文和赵丕廉。他们两人当时在重庆国民政府都担任要职，是薄一波和张文昂在山西国民师范学校读书时的前后两任校长。这两位校长找他们两人谈了一上午。最后，赵戴文对着薄一波和张文昂说：“阎先生碰到了困难，只要你们现在帮帮他的忙，渡过困难，日后他会报答你们的。”阎锡山还向薄一波表示，要薄一波担任山西省建设厅厅长，主持省政府工作，但薄一波断然拒绝了。
在经历了坚决斗争后，最终还是没能成功。决死队的人都陆续回队了，但阎锡山却不让薄一波回去。阎、梁对决死队早有个估计：一纵百分之百是共产党的；三纵百分之百是他们的；二纵是一半对一半，是斗争的焦点；四纵没有专员兼政委的问题，但估计也是一半对一半。当然，这只是阎、梁的估计，实际上共产党在三纵是有相当的力量，在二纵的力量也远远超过“一半对一半”。当时薄一波他们已经看出阎要“摊牌”了。同时估计，斗争的焦点是在二纵队。果然，阎锡山翻脸了。他对薄一波说：“文官不能兼军职是蒋委员长的决定，只能执行。我们必须取消专员兼任的政治委员。”为了摆脱阎的羁绊，及早返回部队，薄一波对阎说：“化之说得对，决死一纵队完全是共产党掌握的，即使取消了政治委员，也不可能回到山西旧军序列。不过，我回去，还可以做点工作，你看怎么样？”阎犹豫好久，说：“也对。”便让薄一波回去了。此时已是6月初了。秋林会议是阎锡山由联共抗日转向积极反共的转折点。
薄一波从秋林回到部队后，立即向北方局汇报了秋林会议的情况和研究的对策，北方局完全同意他们对形势的分析和布置。1939年8月6日，北方局专门发出《制止阎锡山之动摇与巩固山西统战的指示》。9月21日中共中央发出《关于在山西开展反逆流斗争的指示》，接着中央又用山西省委名义发出了《关于坚持山西抗战克服危险倾向的宣言》。号召干部分析形势，部署行动。
6月，决死一纵队在沁源活凤村召开了第三次全体干部会议（也叫活凤会议），薄一波对切实掌握武装作了具体布置。11月初，又召开了第四次扩大干部会议，薄一波作了《如何克服目前时局危机与坚持长期抗战》的报告，指出妥协投降的危险十分严重……要切实加强思想上的准备，认清妥协投降的危险形势。特别提醒大家要吸取1927年大革命失败的教训，当时就是因为思想上没有准备，使轰轰烈烈的大革命葬送在血泊之中。薄一波还强调提出，要加强组织上的准备，掌握部队，进一步巩固政权，准备在顽军进攻的时候，进行坚决的武装斗争。
1939年下半年，新军各纵队都作了不同的准备，薄一波和新军各纵队之间都加强了联系，随时互通消息。一纵队提早对反动的旧军官做了防范，晋西事变发生时，薄一波把400多名旧军官集中起来，对他们说：“我们过去处得并不错，或者说很好，但现在形势发生了变化，对你们不利，纵队决定让你们一起到路东（白晋线东）抗大分校（校长罗瑞卿）去学习一段时间，等局势稳定后，我保证还要适当安排你们……”由于薄一波的周密安排，一纵队在这次事变中不仅没损一兵一卒，而且还给阎军以沉重的打击。
秋林会议以后，阎锡山一直在准备力量，寻机解决新军和一切进步力量。1939年12月1日，阎锡山以对日军发动“冬季攻势”为名，命令决死二纵队于12月5日向灵石、霍县段的同蒲路实行破击。同时命1日军为“预备队”，置于新军之后。就在二纵队准备向日军发动攻势之际，旧军从背后向二纵队开了枪。二纵队政委韩钧立即给阎锡山发电报。阎锡山收到电报，立即召开高干会议，在会上宣读了韩钧的电报。他说：“韩电对我不称长官而称老师，不称职而称学生，并说十二月十二日誓师，表示不相隶属了，韩钧反了！”以此为借口，宣布韩钧“叛变”，通电全国，进行讨伐。酝酿已久的“晋西事变”终于爆发了。
阎锡山原以为他有充分的把握解决新军。事变前，他与梁化之估计，经过这么长时间的部署，除了薄一波领导的决死一纵队共产党力量强大，不易得手外，其余的三个纵队他们都可以控制，只要他一下命令，他的“扫荡晋西南，掌握晋西北，摩擦晋东南”的行动总方针就可以大功告成。但是，他低估了以薄一波为首的共产党人的力量。早在事变前，薄一波就已经对几个纵队进行了周密的部署。事变发生后，薄一波第一时间发电，要求所有的新军部队必须明确表态站在二纵队一边，予以支持。一纵队也动员了三个主力团，准备前去支援。各部队和牺盟会的领导人也纷纷致电阎锡山，抗议王靖国、陈长捷、赵承绶、孙楚挑起的反革命事件。与此同时，八路军大力协助新军。所以晋西事变的结果远不像阎锡山估计的那样乐观。
事变中，新军除了三纵队有4个团，二纵队有极小部分分离出来外，其余33个团全部脱离阎锡山。阎锡山的部队虽然扫荡了晋西南，却在晋西北遭到彻底失败，晋东南也让国民党的中央军乘机插足进来。他的地盘损失了四分之三。1940年1月30日，国民党军令部下令：“胡宗南部派两师增援晋西，归阎长官指挥……以卫长官统一指挥晋东南之中央军及孙楚部。”续范亭曾形象地描绘说，阎锡山发动“晋西事变”，是“阎王定下杀马计，跑了马儿又伤身”。
事变后，党中央审时度势，科学地分析当时的形势，既看到了阎锡山在坚持华北抗战中还有一定的进步性和重要性，又看到了蒋介石要搞掉阎锡山孤立共产党的企图。因而提出了“调停”的建议。中央指示薄一波等人在痛斥阎锡山的部下进攻新军、破坏牺盟会，残杀抗日人员的罪行同时，要表示愿意和平解决山西内部问题，并希望在阎锡山领导下继续团结抗日，以免被敌人利用。另一方面，中共中央也采取措施，敦促阎锡山和平处理事变。
1940年1月27日，中共中央以陕甘宁边区留守兵团主任萧劲光的名义致电阎锡山，表示愿意调解新旧军冲突，使山西恢复团结抗战局面。2月11日，毛泽东又亲笔起草了致阎锡山电文，指示用薄一波的名义发出。此电不提任何条件，只提两军团结，使阎及旧军好转弯。待萧劲光去谈判时，再与阎磋商条件。阎锡山接到薄一波的电文后，正好找了一个台阶下。他立即复电中共中央，表示愿意谈判。2月25日，萧劲光、王若飞持毛泽东给阎锡山的亲笔信到秋林见阎锡山。萧劲光、王若飞向阎及各方转达中共中央及八路军赞成新旧军团结，拥阎抗日，赞成新军仍属晋绥军，不受国民党中央政府改编，巩固阎之地位的意见。阎锡山及王靖国、薄一波等均表示欢迎。在融洽气氛中，萧劲光、王若飞向阎提出了和平解决办法。阎锡山公开说，他是国共两党之间的中间力量，他的存在是于团结有利的。随后，双方代表又经过谈判，终于在4月初正式达成协议。晋西事变就此和平解决。