成員遂全部突圍出來。
沙魚涌戰鬥，斃傷敵參謀長以下官兵200 多人，給英帝國主義以沉重打擊。中共兩廣區委對周士第和鐵甲車隊在沙魚涌戰鬥中英勇頑強的戰鬥精神，給予高度讚揚。省港罷工委員會和廣州群眾團體為鐵甲車隊組織了盛大慰勞活動，還專門組織了報告會，請周士第報告沙魚涌戰鬥的經過，號召人們學習鐵甲車隊的革命精神。毛澤東在廣州農民運動講習所向學員講話時，對鐵甲車隊也給予了很高的讚譽。
北伐戰爭時，周士第任葉挺獨立團參謀長。後來，北伐軍打垮橫行一時
的直係軍閥吳佩孚。由於獨立團英勇善戰，戰功顯著，被譽為“鐵軍”。後獨立團改編為國民革命軍第二十五師第七十三團，周士第任團長。
紅軍長征期間，中共中央派周士第任紅十五軍團參謀長，參加了直羅鎮戰鬥。紅軍到達陝北後，為挽救華北危局，周士第率十五軍團東征抗日，行程1000多公里，消滅敵人7 個團。1936年12月，中共中央派周士第任紅二方面軍參謀長，協助賀龍總指揮和關嚮應政委工作。
抗日戰爭爆發後，紅二方面軍改編為八路軍一二○師，賀龍任師長，關嚮應任政委，周士第任參謀長。1937年9 月，在朱德、彭德懷率領下，一二○師開赴晉西北，在雁門關一帶開展游擊戰爭，到年底，殲日偽軍千餘人。
並在十四個縣組織了游擊隊、自衛軍，控制了呂梁山北部地區，建立起抗日根據地。
1940年11月，晉西北軍區（後改為晉綏軍區）成立，周士第兼任軍區參謀長。12月，周士第同張劍結婚。但他還沒來得及與新婚妻子度蜜月，婚後第二天就去前線指揮反“掃蕩”作戰。1942年1 月，關嚮應、賀龍先後去延安，軍區工作由周士第主持。不久，日軍發動了春季“掃蕩”，採用“鐵壁合圍”、“梳篦戰術”、“集中合擊”、“分散清剿”等辦法，妄圖摧毀抗日根據地。周士第指揮部隊，經過84天、200 多次戰鬥，斃傷日軍3000多人。5 月14日，周士第集中四個團的兵力，將竄入興縣之日軍村川大隊1400多人，包圍在田家會，激戰七晝夜，殲其大部，沉重地打擊了日軍的侵略氣焰。
1942年10月，晉綏分局書記林楓從延安返回，傳達了毛澤東關於“把敵人擠出去”的指示。周士第聯絡實際提出組織武工隊。在主力部隊、游擊隊、民兵和廣大群眾的配合下，武工隊時而集中，時而分散，打埋伏，襲據點，摸哨兵，捉漢奸，埋地雷，割電線，破路基，斷水源，並開展政治攻勢瓦解敵軍，使敵人草木皆兵，生活困難，如魚之失水，鳥之無棲，一個個碉堡，一個個據點，或被擠走，或被襲佔。到1943年，武工隊在主力部隊和群眾的配合下，擠掉敵據點140多個，摧毀敵偽政權800 多個，收復了3000多個村莊，還爭取了100 多個偽村政權為兩面政權。同年8 月，周士第升任晉綏軍區副司令員。
1944年6 月，周士第因病回延安治療休養。在病重期間，毛澤東親自去看望周士第。1945年4 月到6 月，周士第在延安參加了中共第七次全國代表大會。會後，因病繼續休養。侵華日軍無條件投降後，周士第看到同志們紛紛奔向前線，心裡十分著急。1946年，周士第未等病痊癒，即回到晉綏軍區，接受指揮晉北戰役的任務。
在晉北野戰軍將要作戰的地區，閻錫山佔據著從大同至忻州問北同蒲鐵路沿線的12個城市，劃分為北嶽與關南兩區，以第四十三軍軍長楚溪春為北嶽區總指揮駐守大同及懷仁、應縣、山陰、朔縣五城，以第十九軍副軍長於振河為關南區總指揮駐守忻州及寧武、崞縣、繁峙、五臺、定襄、代縣七城，總兵力達五萬多人。閻錫山是山西的“土皇帝”，時任國民黨第二戰區司令長官。他總攬山西軍政大權，實行封建割據，把山西變成自己的“獨立王國”。
日本投降後，閻錫山冒天下之大不匙，把沾滿中國人民鮮血的大批原侵華日軍改頭換面為“特務團”、“保安隊”，作為骨幹兵力配置在重點、支點上，餉糧特殊優待，士兵皆予尉官待遇，官佐委以高銜重權，原日軍混成第二旅上校參謀今村升任關南區少將副總指揮。他還把不同建制的部隊交叉配置在
一個區域內，甚至一個點上，形成錯綜複雜的指揮關係，與閻保持多樣化的聯絡，相互監督以保證忠實地執行“反共”政策。
晉北野戰軍司令部認真分析了敵情，認為敵軍部署貌似嚴密，卻存在著致命的弱點，如點多線長，配置分散