1937年全面抗战爆发之前，国共两党围绕红军改编问题，进行了长达数月的反复谈判。从最初红军方面提出的编制方案，到最终国民政府正式公布的番号，中间经历了多次调整、博弈与妥协。
其中一个很关键的变化是，最早拟定的红军改编后下辖四位军长，到最终成型时，只设立了三位师长，有一位原本在军长名单上的将领，最终没能担任师长。
在西安事变和平解决后，抗日民族统一战线逐步形成，如何将主力红军纳入国民革命军序列，成为双方谈判的核心内容。当时，经过长征到达陕北的红军主力，以及在原陕北的红军队伍，经过整编整合后，形成了较为完整的指挥体系。红军方面基于自身部队规模、历史沿革和作战序列，提出了初步的改编构想。
按照最初的方案，红军主力改编后，统一使用国民革命军番号，同时保留独立的指挥系统。方案中计划设立一路军建制，设置总指挥部，由朱德担任总指挥，彭德怀担任副总指挥，下辖四个军。这四个军的军长人选，均来自红军各主力部队的最高指挥员，分别是林彪、贺龙、刘伯承、徐向前。
林彪，当时担任红一军团军团长。红一军团是中央红军的核心主力，从中央苏区反“围剿”到万里长征，一直担任开路先锋、攻坚突击的任务，参与了四渡赤水、飞夺泸定桥等一系列关键战役。林彪长期指挥这支精锐力量，作战风格以机动、迅猛、精准著称，在红军高级指挥员中，以擅长战术指挥闻名，是中央红军主力的代表性人物。
贺龙，是红二方面军总指挥。红二方面军由红二军团、红六军团等部合编而成，在湘鄂川黔根据地坚持斗争，之后独自完成长征，北上与中央红军会师。贺龙早年便投身革命，在旧军队与民间武装中拥有很高威望，领导创建了湘鄂西革命根据地，部队作风顽强，擅长在复杂地形下开展游击作战与运动战，是红二方面军当之无愧的核心统帅。
刘伯承，时任援西军总指挥，援西军是由留在河东的红四方面军一部与其他部队合编。他早年毕业于军事院校，受过系统军事教育，有丰富的军事指挥经验，同时精通现代军事理论，在红军中负责军事作战规划、参谋体系建设与战术指导。长征途中，他多次在危急时刻统筹部队行动，协调各方面军行动，参与指挥强渡大渡河、巧渡金沙江等作战，军事素养与资历在全军中都极具分量。
徐向前，是红四方面军总指挥，时任西路军总指挥。红四方面军是红军时期兵力规模最为庞大的主力之一，在川陕根据地创下多次辉煌战绩，歼灭大量国民党军主力部队，创建了面积广阔、实力雄厚的革命根据地。徐向前长期指挥红四方面军作战，善打大仗、硬仗、恶仗，无论是阵地攻防还是运动围歼，都有着丰富的实战经验。
这四位军长人选，分别对应着红军三大主力及核心军团的力量构成，方案既尊重了部队历史，也兼顾了指挥体系的连贯性。但这一方案提交至国民党方面后，立刻遭到了层层阻挠与刻意压缩。
国民党当局始终对红军力量保持戒备，在谈判中不断削减编制、限制人数、控制指挥权。最初，国民党方面只同意红军改编为两个师，下辖八个团，并且不允许设立军级单位与总指挥部，甚至提出副师长以下各级军官，均由南京国民政府直接派遣，试图以此渗透并控制红军部队。
面对这种苛刻条件，红军方面坚决拒绝，坚持部队指挥权必须独立自主，军官任免由内部自行决定。随后谈判进入拉锯阶段，红军为促成抗日大局，作出一定让步，将原先的四个军调整为四个师，下辖十二个旅二十四个团，总兵力约七万人，四位军长相应改任师长，人选依旧是林彪、贺龙、刘伯承、徐向前四人，同时坚持必须设立总指挥部，统一指挥部队。
但国民党方面依旧不肯妥协，坚持只承认两个师的编制，双方多次谈判均未能达成一致。直到1937年6月庐山谈判期间，国民党方面仍提出诸多无理要求，包括不设总指挥部、由南京方面派员担任政训处主任、甚至要求红军主要领导人离开部队等，这些条件均被红军方面严词拒绝。
局势的转折出现在1937年7月7日，卢沟桥事变爆发，日本发动全面侵华战争，民族危机空前严重。紧接着8月13日，日军大举进攻上海，威胁国民党统治核心区域，蒋介石被迫调整态度，同意加快红军改编进程。
最终，双方达成一致，红军主力正式改编为国民革命军第八路军，后改称第十八集团军，设立总指挥部，朱德任总指挥，彭德怀任副总指挥，叶剑英任参谋长，左权任副参谋长，任弼时任政治部主任，邓小平任政治部副主任。编制上，最终确定只设立三个师，每师下辖两个旅四个团，全军定员约四万五千人。
1937年8月25日，正式发布改编命令，公布八路军三位师长及相关任职。
第一一五师，由红一军团、红十五军团及陕南红军七十四师合编而成，师长林彪，副师长聂荣臻，政训处主任罗荣桓。该师继承了中央红军主力血脉，是八路军中战斗力极强的一支力量。
第一二〇师，由红二方面军及陕北红军一部合编组成，师长贺龙，副师长萧克，政训处主任关向应。部队延续了红二方面军的建制与作风，主要在晋西北开展抗日游击战争。
第一二九师，由红四方面军第四军、第三十一军及陕甘宁红军一部合编而成，师长刘伯承，副师长徐向前，政训处主任张浩。
至此，最初拟定的四位军长级人选中，林彪、贺龙、刘伯承担任了八路军三个主力师的师长，而原本位列军长名单的徐向前，并担任师长职务。
徐向前在红军时期担任红四方面军总指挥，其资历、战功与军事能力，完全具备担任独立师长的条件。但由于最终编制被压缩至三个师，不再设置第四个师级建制，因此只能对原有指挥人选进行调整。在最终的任职安排中，徐向前出任第一二九师副师长，配合刘伯承开展部队整编与抗日作战工作。