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9月以后，他们将整风运动转入第二个阶段，发动干部对自己的政治立尝思想意识、思想方法、工作作风等方面，进一步进行检查，分析产生这些问题的原因，明确自己改造的方向。在思想问题基本解决的基础上，展开坦白运动，审查干部。
延安方面，这时候已经完成了普遍整风的任务，正准备从10月开始组织高级干部重新学习和研究党的历史。刘伯承作为晋冀鲁豫根据地军队的主要负责人，中共中央需要他来参与总结和研究这一地区的历史经验。到延安参加整风，刘伯承内心是十分高兴的。多年来，他虽然在戎马倥偬中始终不忘抓紧学习马克思、恩格斯、列宁、斯大林和毛泽东的论著，用以提高自己的思想和工作水平，但毕竟受环境和条件的限制，这种学习缺乏连续性和系统性。他所领导的晋冀鲁豫区的抗战，已经过了6年有余，各方面的工作也需要认真地做一番总结，以指导今后。从个人的角度来说，他参加革命近20年，思想、工作无愧于党和人民的希望和期待，但也走过一些弯路，同样需要进行仔细的清理和总结。再就斗争形势而论，1943年后晋冀鲁豫区的敌情有所缓和，允许他暂时离开工作岗位。因此，他愉快地踏上了通往延安的道路。
9月底的一天，刘伯承偕同爱人汪荣华，来到太谷县的一个秘密交通站，在这里等候彭德怀一起出发。这是太行根据地通往晋绥根据地和延安的西线地下交通线。太行区通向其他根据地的交通线共有两条，除这条西线外，另一条是从安阳经冀鲁豫到山东、华中根据地的南线地下交通线。彭德怀来与刘伯承会合后，担负西线交通任务的同蒲支队派出一个连护送。因要通过敌占区，彭德怀和刘伯承都化了装。虽然换上了农民的衣服，头上包了条白毛巾，但两人的气质和举止让人看着不大象。护送连的连长为了安全起见，安排夜间行路，白天隐蔽休息。到了同蒲路东边的一个村子里，住下来做过路准备。忽然情报人员来报告，说附近炮楼的日军要到村里来，连长连忙安排两位领导人到村外青纱帐里躲避一下。彭德怀一听生了气，说：“我走我的路，老这么东躲西藏干什么！”连长无法，只好向刘伯承报告。刘伯承带着连长来到彭德怀的住处，说：“彭总，在这里他们是指挥员，得听他们指挥。
叫我们去躲一下，我们就去吧。”彭德怀笑了，对连长说：“你把刘师长搬来，我只好服从。”就这样，一路夜行晓宿，来到了延安。
刘伯承在杨家岭的一间窑洞里住下来。他与中共中央和其他战略区的领导人互相拜访。留守陕甘宁边区的第一二九师部队的干部和先期到达延安的晋冀鲁豫根据地的干部，也纷纷前来看望他。应酬之余，他就如饥似渴地阅读有关无产阶级革命导师的经典著作和整风文件，领会中共中央关于整风的指导思想和要求。从这年冬到次年春，他一面参加中共中央组织的对党的路线和历史的学习、研究，一面查阅过去的总结、报告，统计必要的数字，着手起草晋冀鲁豫根据地的工作总结，准备在中共中央安排的会议上作报告。
刘伯承身在延安，心系太行。他时时关心着晋冀鲁豫根据地各方面的情况，记挂着战斗在前线的邓小平、李达等战友和部属。每逢前方有人来延安，他总要找他们详细交谈，了解敌我斗争态势和根据地的现状，同时用来充实他报告的内容。1944年2月13日，他找到中共太岳区党委书记薄一波，听取关于太岳区工作情况的汇报。2月19日，接邓小平来信，信中向他介绍了晋冀鲁豫区的生产以及整个经济的最新发展情况。他高兴地在笔记中记下了这件事。
从1944年4月起，中共中央在前一阶段组织高级干部深入学习、研究党的路线和历史的基础上，开始按地区或军队系统召开座谈会，总结历史经验，检讨工作，开展批评与自我批评。4月12日，毛泽东在高级干部会上作了《学习和时局》的报告，为这次总结和研究确定了正确的方针原则，指明了应该采取的态度和方法。4月30日，在晋冀鲁豫区和相关军队系统的座谈会上，刘伯承作了《晋冀鲁豫抗日民主根据地现状的报告》，全面、系统地总结了晋冀鲁豫区抗战近7年来的工作，他把本区的发展划分为三个阶段：从抗战开始到武汉失守为第一阶段，从武汉失守到百团大战为第二阶段，百团大战至今为第三阶段。他详细分析了三个阶段中敌、友、己三方的基本状况、基本战略和斗争结果，着重总结了根据地军民不断取得胜利的经验。在第一阶段，他指出，第一二九师结合中共晋东南地方组织、抗日组织和人民群众，一方面积极配合国民党正面战场作战，取得了阳明堡、七亘村、神头岭、响堂铺、长乐村等8战连捷，同时依靠与阎锡山结成的特殊统战关系，以合法方式大力发展抗日组织与工作；一方面及时分遣部队，发动群众开展游击战争，开辟了晋冀豫根据地。通过这些正确而有效的工作，取得友军信服，尤其是人民的拥护，使共产党、八路军起到了抗日先导的作用。
在第二阶段，他总结为“军民结合，一面是对敌进行十次大的反‘扫荡’与不断的交通斗争，另一面是对反共派进行多样反磨擦。正如前门拒虎，后门进狼一样，局势十分严重”。但由于根据地党、政、军、民共同奋斗，打开了虎狼夹击的严重局面，抑平了反共高潮，举行了百团大战，还进行了建军建政建党工作，坚持和巩固了抗日民主根据地。
在第三阶段，他的结论是，坚持执行了中共中央、北方局关于着重发展地方部队与人民武装的正确武装政策和对敌斗争策略；逐次执行了十大政策，尤其是土地政策，发动了基本群众；精兵简政，开展大生产运动，减轻了人民负担。在对敌斗争上，以武工队深入敌占区，保护群众利益，推行革命的两面派政策，合法与非法斗争相结合，发动政治攻势，瓦解和争取日伪势力，繁殖了敌占区内的游击根据地，有力地配合了根据地的反“扫荡”、反蚕食斗争。通过这些，“将根据地退缩局面转为开展局面，而在敌占区、游击区的工作也开展起来”。
报告既肯定了成绩，也毫不隐讳地指出了缺点。他认为在百团大战前后，由于对“从内战转到抗日游击战之舵掌握不紧，过分强调正规军，犯了编并与放任地方武装的错误”，一度影响了根据地的建设。此外，本着从严要求自己的原则，对减租减息、敌占区工作等方面也作了检讨。他这种勇于自我批评的精神，深为与会的部属和其他方面人员所称道，也促进了整风中那种实事求是、严于律己作风的发扬光大。
1944年5月21日至次年4月20日，分8次召开了中共六届七中全会，主要讨论和通过党的《关于若干历史问题的决议》，以及讨论关于召开“七大”的准备工作等问题。刘伯承以晋冀鲁豫根据地负责人的身份列席了会议。
在讨论和通过上述“决议”的过程中，刘伯承联系自己的切身经历和体验，回顾了党内历次右的和“左”的错误，尤其是以王明为代表的第三次“左”倾错误，对中国革命所造成的巨大危害；畅谈了毛泽东从井冈山斗争开始，特别是长征中的遵义会议以后，对中国革命的胜利发展所作出的巨大贡献。
对于“决议”肯定以毛泽东为代表的把马克思列宁主义普遍真理与中国革命实践相结合的方向和路线，确定毛泽东思想作为全党的指导思想，他感到由衷的高兴和鼓舞。他深信，在以毛泽东为首的党中央的正确领导下，不但抗日战争将很快取得胜利，而且人民革命事业也将出现光辉灿烂的美好前景。
1945年4月23日至6月11日，中国共产党在延安召开了具有重大历史意义的第七次全国代表大会。刘伯承出席了大会，任晋冀鲁豫区代表团团长。
会议的主要内容，是由毛泽东、朱德、周恩来、刘少奇分别作了政治、军事、统战和修改党章的报告，中共中央有关方面负责人和各解放区的领导人进行大会发言。5月10日，刘伯承作大会发言。他主要讲述了晋冀鲁豫根据地的发展，其中着量讲的是军事斗争。在斗争阶段划分上，他仍然一分为三，但与4月30日的报告略有不同，把第二、三阶段的分界时间定在1942年5月。
他提出，第一阶段是开辟发展时期，第二阶段是巩固、退缩时期，第三阶段是重新发展时期。在第一阶段，打法上是配合友军作战，打击敌人的侧背，并且就势转到敌后去，繁殖游击战争。在第二阶段，反“扫荡”是以部分兵力坚持内线，主力转到外线，打击敌人的侧翼并切断补给线；反蚕食是正面坚持，敌后尾击与繁殖游击。在第三阶段，“进入敌后之敌后”，“以武工队的组织形式到敌占区去活动”，把军事斗争和群众斗争紧密结合起来，改变了以往正面大打、硬打的局面，真正实现了在敌后开展群众性游击战争的预想结果。
关于军事工作中的教训。除继续检讨了过分编并地方武装的错误外，他主要讲了百团大战中的问题。他认为作战中轻视了日军的技术一铁路技术和技术装备：“我们把正太路摧毁了以后，以为敌人3个月不能修复，可是它20天就通车了”；“其次就是轻视了它的装甲火车，轻视了它的新式武器”。
因此，表现在战术指导上，较多地采用阵地战甚至是阵地防御战的形式，脱离了八路军当时的条件，招致了不必要的损失。他认为这一个教训是应该记取的。
他还以整风精神严格地解剖了自己在军事工作和军事思想上的偏差。一个是关于“运动游击战”问题。他说：“在我自己认识说来，我是不了解毛主席讲的，�