1936年10月25日，中国工农红军西路军（简称“西路军”）在总指挥徐向前等率领下，从甘肃靖远西渡黄河，执行宁夏战役计划。在河西走廊地区，西路军与西北军阀马步芳、马步青等部展开殊死激战。

1937年初，西路军有耗无补，弹尽粮绝。中共中央开始全力解决西路军问题，着手组建救援西路军部队（一般称“援西军”），而任弼时则全程参与了组建援西军救援西路军，亲赴援西军驻地传达中共中央政治局扩大会议精神，指导援西军完成改编任务，开赴抗战前线等一系列工作任务。

全程参与援西军组建工作

1937年2月15日，中共中央开始酝酿派兵援助方案，首次提出“派兵增援”西路军计划，援西军计划提入议程。任弼时被中革军委提名，开始了参与组建援西军，直接救援西路军军事行动的工作。

为了给援西军筹备给养，任弼时按照中央指示，想尽了各种办法，采取裁员节流、紧缩开支、多方调度等措施。28日，任弼时和彭德怀电告陈光、聂荣臻、贺龙、关向应，对为援助西路军调集弹药一事进行落实，因“西路军弹药已尽”，故从一军团调步枪弹1万发，机枪弹5000发，前总直属队调步枪弹1万发，二方面军调步枪弹5000发，“补充西路军”。同时，电告红4军、红31军，“望立即准备五天粮食及其他一切工作”，使援西军能够顺利出援。

此后，他和彭德怀多次电令援西军部队并报中革军委主席团，对援西军各部的集结和出动进行部署和安排。3月3日，任弼时和彭德怀按照中革军委主席团指示，代表红军前敌总指挥部向援西军各军发出了准备出动的命令，命令“援西路军准备5日出动，经泾川以北镇原到达青石嘴附近待命。5日前红4军应集结口头镇，红31军集结于大峪镇及其以东地区，待命出动”。3月5日，援西军在司令员刘伯承、政委张浩、参谋长李达、政治部主任刘晓（后为宋任穷）率领下，从陕西淳化、三原地区出发，兼程西进，救援西路军。

亲赴援西军传达中央精神

在援西军大力营救和收容西路军失散人员时，1937年4月21日，任弼时赶到甘肃宁县宫河镇向红1、红15军团及步校有关干部传达中共中央政治局扩大会议精神，又和左权一起到达镇原参加援西军党的活动分子会议。

在镇原期间，任弼时先后视察了援西军驻镇原的各部队，并在镇原县城东操场上给援西军官兵作了报告。他强调西路军所属各部队在极端艰难的情况下，在同国民党军队进行的殊死搏斗中，创造了可歌可泣的不朽业绩，在战略上支援了河东红军主力的斗争；西路军指战员所表现出的坚持革命、不畏艰险的英雄主义气概，为党、为人民的英勇献身精神，是永远值得人民尊重和纪念的。

任弼时的讲话，最广泛地团结了红四方面军干部战士，稳定了军心，提高了战斗力。此外，任弼时还请示彭德怀并报告中革军委，同意刘伯承、张浩的要求，以被营救回的西路军将领李聚奎回任31军参谋长原职，调唐天际到援西军政治部任宣传部长。

迎接徐向前归来

在此期间，任弼时和刘伯承等援西军首长还迎回了西路军总指挥徐向前。

4月29日，带领侦察分队执行任务的红四军参谋长耿飚和政治部主任刘志坚等人在小屯遇上了徐向前。第二天，刘伯承便派人把徐向前接到援西军总部。正在镇原的任弼时听到消息后，赶到接待站去看望，欢迎徐向前的归来。

任弼时、刘伯承以及司令部的干部，把徐向前紧紧地围起来，焦急地听他介绍西路军的情况。当天晚上，他们同徐向前一直谈到深夜。徐向前向大家介绍了西路军在河西走廊的血战情况，当谈到祁连山的战况时，眼泪在眼眶里闪动，几乎说不出话来。刘伯承说：“你是四方面军的旗帜，你回来了，就等于西路军回来了，休整休整，咱们一块儿再干!”

指导援西军完成改编

抗战全面爆发后，国共双方摒弃前嫌，开始第二次合作，建立抗日民族统一战线。中共领导下的中国工农红军也同意接受国民政府的改编，参加抗战。

1937年7月22日至27日，任弼时和朱德、彭德怀主持红军高级干部会议，讨论了红军改编和开赴抗日前线后的政治工作等问题。7月底，援西军在镇原县城召开团以上干部会议，宣布了中央军委关于取消援西军番号、开赴陕西三原改编八路军、待命参加抗日战争的命令。

8月7日，就红军改编为国民革命军之方案及防区配置问题，任弼时和彭德怀致电毛泽东，建议“原红四方面军4军、31军及陕北29军、30军，红15军团之骑兵第3团，独立师所辖的四个团，共约13000余人，改编为第129师之385、386旅”。当日，毛泽东即复电，同意了任、彭关于改编为国民革命军的方案及防区配置问题计划。

15日，任弼时和彭德怀就红军改编后的第1师（即115师）、第2师（即120师）、第3师（即129师）的领导问题致电中共中央、中央军委。其中，建议由援西军改编的第3师以刘伯承、张浩、傅钟、倪志亮、王宏坤组成军政委员会，以张浩或刘伯承为书记。25日，中共中央军事委员会主席毛泽东、副主席朱德、周恩来发布命令，宣布红军改编为国民革命军第八路军后的任命。其中，由援西军改编的国民革命军第八路军129师以刘伯承为师长，徐向前为副师长，倪志亮为参谋长，张浩为政训处主任，宋任穷为副主任。

这样，援西军在任弼时的指导下完成了改编任务。随后，八路军129师开赴抗日前线，参加抗战。