兼程，向东北急进。到1945年底，进入东北的部队达11万人、干部2万人。各部队到达东北后，以人民自治军、省联防军名义，组织发展军队。
10月9日，中共中央批准，组织成立东北临时军事机构——东北军区司令部，暂以程子华任司令员、彭真任政委、伍修权任参谋长，进入东北的部队及东北人民自卫军组成东北人民自治军。31日，中央决定正式成立东北人民自治军总部，林彪任司令员、彭真任第一政委、罗荣桓任第二政委，李运昌任第一副司令员，吕正操任第二副司令员，肖劲光任第三副司令员兼参谋长，程子华任副政治委员。
11月3日，周保中任第三副司令员，肖劲光改第四副司令员兼参谋长，伍修权任第二参谋长，陈正人任政治部主任。设总司令部、总政治部、总后勤部，同时原东北军区司令部取消。
各部队到东北后迅速扩充实力，但由于部队扩充太快，有的地方失控，部队成分较为复杂。山海关战斗后，我军在军力、武器等多方面与国民党军作战的条件还不成熟，面对此种情况，11月20日，中央指示，让出中长路沿线大城市，将主力迅速转向东、北、西满地区，建立巩固的根据地。11月26日，我军撤出了锦州，12月底，东北局及直属部队撤出了沈阳。
为了加快根据地的建设，党中央特别强调指出，我军应迅速划分军区和军分区，划分野战军和地方军，将正规军的相当部分，分散到各军分区去，从事发动群众、消灭土匪，建立政权，组织游击队、民兵和自卫队，以便巩固地方，配合野战军，粉碎国民党军的进攻。为此，东北人民自治军总部改变了集中作战的部署，以师为单位分散西满、北满、东满广大地区，建立根据地。到12月，陆续成立了锦热、辽东、辽宁、吉林、辽西、辽北、嫩江、松江、三江、北安等10个军区，并辖冀热辽军区挺进东北支队(曾克林的十六军分区，辖二十一、二十三、二十四旅)；山东军区第一师(梁兴初部)、第二师(罗华生部)、第七师(杨国夫部)、新四军第三师(黄克诚部)、陕甘宁晋绥联防军三五九旅(刘转连部)、山东鲁中警备第三旅、东北人民自治军第二、三纵队及新编的2个步兵旅、1个炮兵旅、1个炮兵混成旅等部。同年12月，延安抗大挺进东北部队与延安炮校及工兵大队，在通化合编组建了东北军事政治大学，林彪任校长，彭真任政委。
到1945年底，东北部队发展到了27.49万人，虽然在阻止国民党军抢占东北中发挥了一定的作用，但是，许多新发展的部队成分复杂，很不巩固，缺乏战斗力。在部队的组织协调上，也存在着一定的问题。
2.东北民主联军阶段：1946年1月14日，根据中央军委命令，东北人民自治军改称为东北民主联军，林彪任总司令，彭真任第一政治委员，罗荣桓任第二政治委员，吕正操、周保中、肖劲光任副司令员，程子华任副政治委员，肖劲光兼第一参谋长，伍修权任第二参谋长，陈正人任政治部主任。2月，国民党军又调部队进入东北战场，发动新的进攻，为适应作战需要，东北民主联军将原有的10个军区合并为东、西、南、北满4个军区，下辖三级军区。此时，锦热军区已于1945年12月划归晋察冀军区。东北的部队有：东满(吉辽)军区下辖吉东军区、通化军区、辽北军区、第七纵队(即万毅率领到东北的山东滨海支队)、二十二旅(即山东二师)、二十三旅、二十四旅；西满军区下辖嫩南军区、辽西军区、第三师(黄克诚部)；南满军区下辖安东军区、辽宁军区、第三纵队(由山东三师、鲁中警备三旅、十六军分区二十一旅、二十三旅组成)、第四纵队(即山东军区五师、六师)；北满军区下辖松江军区、合江军区、北安军区、嫩江军区、第七师(山东军区杨国夫部)；直属三五九旅。4月，又成立牡丹江军区(后改绥宁军区)。
6月16日，根据中央军委的指示，调整充实了东北局和东北民主联军的领导人，林彪任东北局书记，以林彪、彭真、罗荣桓、高岗、陈云等5人组成东北局常委。林彪任东北民主联军司令员兼政治委员，吕正操、周保中、肖劲光任副司令员，彭真、罗荣桓、高岗、陈云任副政治委员，肖劲光任第一参谋长，伍修权任第二参谋长，聂鹤亭任参谋长，谭政任政治部主任。部队进行了调整，撤销北满军区，将松江、合江军区直属民主联军总部；北安军区改称龙江军区，嫩江军区、龙江军区归西满军区；辽西军区改称辽吉军区；通化军区缩编为军分区归辽南军区建制。
1946年8月至10月，在东北局扩大会议后，东北部队进行了一次大的整编，成立了第一纵队、第二纵队、第六纵队，以三五九旅和松江军区、吉林军区的地方武装编成了东北民主联军第一、二、三、四独立师。1946年10至11月，成立了东北民主联军炮兵司令部和护路军司令部，成立了内蒙古人民自卫军司令部。还收集了日军遗留残损火炮、战车，组建了10个炮兵团、战车大队、高炮大队。
1947年4月20日，冀热辽军区划归东北民主联军建制，改