红三军团是中央红军的主力部队。长征出发时，参谋长是邓萍。二进遵义时，邓萍在董公寺击溃黔军阻击的战斗中不幸中弹牺牲，由叶剑英接任。中央红军（即一方面）与四方面军会师后，组建红军总前敌指挥部，叶剑英调任前敌总指挥部参谋长，萧劲光接手担任了红三军团参谋长。
红三军团军团长，是平江起义的主要领导者、红三军团的创始人彭德怀，政治委员是李富春（此前是杨尚昆）。萧劲光与彭德怀是1931年秋天在瑞金认识的。那时，萧劲光从苏联回国不久，以闽西根据地代表的身份出席第一次中华苏维埃共和国工农兵代表大会，而彭德怀当时就是中央根据地主力部队红三军团的司令员。后来萧劲光到红五军团任政委，在反“围剿”等多次战斗中与红三军团配合行动，两人加深了了解。彭德怀对革命忠心耿耿，为人刚直不阿，对同志热情诚恳、胸怀坦荡，给萧劲光留下了深刻的印象。至于政委李富春，早在大革命时期的国民革命军中，他们就一起共事。李富春曾是萧劲光的直接领导，还是萧劲光与妻子朱仲芷的婚姻介绍人，彼此相交甚深。而今在革命最困难的时候，他们能够走在一起，携手为共同的理想奋斗，更觉难得。一年多来，压在头上的“罪犯”的帽子，于今“一笔勾销”，与这样两位领导共事，带兵作战，萧劲光很是高兴。
萧劲光到任后，部队便开始做过草地的准备。为便于统一指挥，红军总部决定，将会师后的第一方面军、第四方面军统一编为左、右两路军。在卓克基及其以南地区的第五军、第九军等部为左路军，由红军总司令朱德、总政委张国焘率领，经阿坝北进；在毛儿盖地区的第一、第三军团及第四、第三十军为右路军，由前敌总指挥徐向前、政委陈昌浩率领，经班佑北上。中央机关随右路军行动。按照这种部署，红三军团筹措准备了必要的粮秣和其他物资，进行了思想动员，于8月底动身，向草地进发。
右路军的行军序列是，第一军团在前，中间是四方面军的第四军、第三十军和前敌总指挥部（毛泽东、张闻天等中央领导随前总行动），萧劲光所属第三军团殿后。在艰难的长途行军中，殿后部队毋庸置疑须担负阻击尾追之敌和收容全军掉队人员的任务。萧劲光细心地组织部队做了准备。
离开中央根据地以来，中央负主要军事责任的周恩来，是压力最大、最辛苦的人。军情复杂，战斗频繁，党内斗争激烈，除了行军打仗就是日以继夜地会议，加之食宿无序，于8月初，他积劳成疾，病倒了。沙窝会议后，持续发高烧，五六天吃不进东西。最后被诊断为患了“阿米巴痢疾”（一说“肝脓肿”）。经多日抢救治疗才脱离危险。几乎同时，总政治部主任王稼祥也病在三军团。在江西根据地时，王稼祥腹部曾经中弹负过伤。开始长征后，边走边打仗，生活无规律，伤口发炎了，又缺对症药品，高烧多日不退，身体十分虚弱。他们两人的身体状况，不要说是在步步泥潭的草地里跋涉，就是平坦路上也无法行走。半年多来，他们一直与三军团一起行军。部队要出发了，军团领导都十分焦急。彭德怀沉吟了一下，毅然决然地说：“还有什么办法？抬！”事到如今，也只有这个办法了。好在眼下没有战事。萧劲光自告奋勇：我来组织人，抬着走！
对过草地之艰难，大家都有心理准备。出发前，中革军委专门派部队进行了侦察，对可能遇到的困难和问题，在动员会上也都讲了。但当大家翻山越岭走了大半天，踏入草地边沿的时候，仍然不能不感到触目惊心。放眼望去，一片无边无际的泽国。被阴森森的瘴气浓雾笼罩着的地平线上，没有树木，没有石头，没有飞禽走兽，更没有房舍人烟。有的只是一丛丛疏密不等的野草，大小不一的泥潭。走进去了，大家才发现，这些泥潭是由腐草长年累月沤成的，颜色乌黑，一阵阵发着臭气。有的地方勉强可以走过，有的则完全不能踩。踩上去，软绵绵的，稍有不慎，用力过猛，就会越陷越深，甚至把整个身子都埋进去……更作孽的是气候。可谓一日四季，变化无常。时而风，时而雨，时而烈日当空，时而浓雾弥漫，时而满天飞雪，时而冰雹劈头盖脸……
除了大自然的挑战，还有饥饿的威胁。走进草地三天过去，大家带的青稞面、炒黑豆，大部分吃完了。剩了一点，有的经过雨淋水浇，成了面团，梆硬变味；有的粮食袋掉进有毒的污水里，再不能吃了。萧劲光、彭德怀和大家一样，吃野菜、吃草根，吃得胃疼，一阵阵冒汗。走出草地的前两天，连病中的周恩来、王稼祥在内，实在无东西可吃了，许多人眼看要被饥饿折磨死。这时，彭德怀咬牙下令把仅有的几头牲口枪杀了，才使一些同志活着走出草地。但这次过草地，萧劲光得下了胃病，若干年后才慢慢好起来。
由于是殿后部队，没有战事，身为参谋长的萧劲光除组织部队行军，还做了大量收容前面掉队的人、掩埋烈士遗体的工作。红三军团出发的第二天，萧劲光就接到了红一军团的电报。电报上介绍了他们过草地的经验，提醒行军中应注意的事项，同时要求帮助掩埋他们没有来得及掩埋的烈士遗体。萧劲光把红一军团的电报内容报告周恩来后，与彭德怀、李富春做了认真研究后，专门安排人员检查、落实这项工作。据萧劲光行军日记上记载，过草地期间，第三军团收容前面掉队的同志加上掩埋的烈士的遗体，共计四百多人。红三军团部队也有牺牲。由于前面部队设了路标、介绍了经验，牺牲人数少多了。
草地上没有人烟，胡宗南辈不敢来，自然没有战事。但这期间党内斗争异常激烈、惊心动魄。
自6月18日中央红军与四方面军在懋功会师后，掌握着号称十万之众的第四方面军领导权的张国焘，发现中央红军只有了了数万人，装备也很差，野心便急剧膨胀起来。他一边利用会议吹嘘自己的功绩，鼓吹“集中主力西下青海、新疆或南下川、康”的退却主张，反对、抵制中央和军委关于开创陕甘革命根据地的正确方针，一边竭力抓权。他先是通过中央慰问团转达，希望“充实红军总司令部、增加军委常委”，继而又策动部分人具体提出了由其搞总司令部、中革军委成员的改组名单。7月10日，张国焘直接致电中央，提出“我军宜速决统一组织的指挥问题”，公开伸手向党中央要权。与此同时，他耍尽政治手腕，拉拢、收买中央红军的高级将领。经再三权衡，他首先把目光投向战功卓著、声名显赫的第三军团。
7月底两河口中共中央政治局会议结束后，张国焘派四方面军政治部的秘书长黄超跑到彭德怀住处，说是“此地给养艰难，特来慰问”。并送上几斤牛肉干、几升大米，还有二三百元银洋。企图说动彭德怀反对中央北上抗日的战略方针，支持他南下的错误主张。彭德怀不为所动。他又把目标转向新履任的参谋长萧劲光。
萧劲光与张国焘是1922年在苏联学习时认识的。那时，萧劲光是东方大学的学生，张国焘是出席共产国际会议的中国共产党的代表，只是见过面而已，并不熟悉。但萧劲光到三军团后，张国焘却显得格外热情。他先是派秘书代表他到萧劲光住处看望，继而借一次会后的时间主动与萧劲光交谈。说过去讲现在、问寒问暖，俨然是两个关系亲密的好朋友。张国焘说，你是有才干的，学过军事，带过多年兵。听说在中央根据地你打了不少仗，在一方面军工作得很好。可那些教条主义者总是打击你，他们容不得人，是完全错误的。你蒙受了那么大的冤枉，吃苦头了！一边说着一边表情生动地摇头，紧紧握着萧劲光的手：现在正是革命的紧要关头，用人之际，你是大有可为的，等等。
早在两河口会议上，萧劲光听张国焘发言后就察觉到了他在进军战略方向上和中央的分歧，对他有警惕。而今听了他的话，更清楚了他的不良用心。萧劲光自己光明磊落，也看不惯搞小动作的人。考虑到部队之间的关系，于是客气地说：“我的事情，中央已经平反，事情已经过去，没有必要再提它了！谢谢你的关心。”
之后，萧劲光将与张国焘谈话的事向彭德怀作了汇报，两人交流了思想，一致表示，坚决支持中央北上抗日的正确主张，坚决拥护党中央的领导，听从党中央指挥。
9月初，中共中央走出草地到达巴西。张国焘不但不按照毛儿盖会议的决定带左路军到巴西会合，反而凶相毕露，背着党中央电令陈昌浩带领右路军，包括一、三军团全部南下，公开背弃中央北上的决定，并准备必要时“实行武力解决”。这时，林彪、聂荣臻率领的一军团已到达俄界，巴西只有三军团同中央机关在一起。在这风云突变的危机关头，萧劲光和彭德怀、李富春及三军团广大指战员，都坚定不移地站在中央红军、毛泽东一边。按照毛泽东的要求、彭德怀的部署，萧劲光亲自带领着杨勇为团长的第十团紧紧跟随在毛泽东左右，担负保卫、掩护中央机关北上的任务。
一天下午，右路军前敌指挥部参谋长叶剑英看到了张国焘发给陈昌浩的一份电报，获悉他们企图以非法手段胁迫中央红军南下，火速报告了毛泽东。中央领导召开紧急会议，果断决定立即率领红一、三军团迅速脱离危险区，挥师北上。中央红军凌晨二时出发，天刚亮，张国焘的积极追随者李特就追上来。李特持枪在手，十分嚣张。当时在场的伍修权后来回忆道：
……正在谈话，四方面军的副参谋长李特骑马赶来了。他大喊：“原来四方面军的同志，回头，停止前进！”“不要跟机会主义者北上，南下吃大米去！”毛主席劝阻他，他就同毛主席吵架。毛主席还是规劝、开导他，说北上的方针是中央政治局决定的。但是李特就是不听，强拉四方面军的同志跟他走……当时有的同志对李特的行为很生气。毛主席还说：“捆绑不成夫妻。他们要走，让他们走吧！以后他们自己会回来的。”
另一位曾历现场的同志还回忆：看出李特有武力挟持的架势，毛泽东严肃地正告说：“彭德怀同志率领的三军团就在后面。彭德怀同志是主张北上、坚决反对南下的。他对张国焘同志要南下，火气大得很哩！你们考虑考虑吧！大家要团结，不要红军打红军嘛！”慑于彭德怀能征善战的声威，李特一伙才乖乖撤走。
一场剑拔弩张的危机化解了。毛泽东等中央领导率红三军团顺利离开巴西北上。9月11日，与林彪、聂荣臻率领的第一军团在俄界会合。之后，经过天险腊子口，于9月18日攻占甘肃迭部县的哈达铺，并在此休整。在这期间，中共中央召开了团以上干部会议，9月22日将中央红军改编成陕甘支队，彭德怀任司令员，毛泽东兼任政委。第一军团改称第一纵队，军委直属纵队改称第三纵队。第三军团改称第二纵队，彭德怀兼任纵队（随即由彭雪枫接任），李富春任政治委员，萧劲光仍为参谋长。
过了哈达铺后，陕甘支队在中共中央、毛泽东的率领下继续北上。跨过西（安）兰（州）铁路，越过六盘山，冲破了国民党军队的最后一道封锁线，又经过近一个月的跋涉，终于于10月19日抵达甘南进入陕北的第一个市镇——吴起镇。这时，张学良的东北军和宁夏马鸿宾的三个骑兵团又尾追而来。毛泽东说，让敌人的骑兵跟着红军进入苏区不行，要“切尾巴”！进入吴起镇未及喘息，毛泽东又亲自部署发起“切尾巴战斗”。在彭德怀的统一指挥下，萧劲光率第二纵队与第一纵队一起，坚决果断地击溃了国民党骑兵两千多人。
