1932年2月20日根據中革軍委指令，福建軍區指揮部成立，羅炳輝任總指揮，統一指揮全省紅軍地方武裝。下轄閩西各縣獨立團（營），紅軍獨立第七師，及紅十二軍。2月下旬根據中革軍委“鞏固閩西，向閩北發展，與江西打成一片”的指示，羅炳輝率紅十二軍南下，三天內連占武平、上杭、永定、龍岩地區，軍威大震。蘇區中央局書記周恩來撰寫《紅十二軍占領杭武的意義》刊於（紅色中華）第12期，高度讚揚這一勝利，並稱“十二軍有鐵一般的堅固，火一般的聲威”。3月18-21日在長汀召開第二次工農兵代表大會，成立“福建省蘇維埃政府”，羅炳輝被選為執行委員。此後的兩個月，率部參加了攻打贛州等戰鬥，配合其他部隊攻打漳州。率領三十六師遠征廣東平遠、蕉嶺等地，以解閩西之圍，並配合閩南的戰鬥。6月奉命率部回師贛南，保衛中央蘇區，與粵軍作戰，參加了水口圩戰役和攻占樂安、宜黃、南豐三戰三捷等戰鬥，曆時近3個月。10月上旬中革軍委恢複紅二十二軍，羅炳輝任軍長。歸一方麵軍領導。此後，率該軍參加攻占建寧、黎川、泰寧、邵武的戰役，從而開辟了“建、黎、泰”根據地，打通了中央蘇區、贛東北蘇區、閩北蘇區的聯係。
1933年1月率紅二十二軍參加金溪滸灣戰鬥，占領滸灣。接著率該軍參加中央蘇區第四次反“圍剿”。曆時4個月，先後參加了黃陂戰役、草台岡戰役等。6月中革軍委對紅一軍團所屬部隊進行整編。整編後轄紅一、二、三師。羅炳輝任紅一師師長。10月28日中革軍委成立紅軍第九軍團，轄第三師、十四師和獨立第一團、第四團。羅炳輝任軍團長。九軍團在羅炳輝率領下，投入中央蘇區第五次反“圍剿”戰鬥。
1934年1月21日至2月1日在第二次全國工農兵代表大會上，羅炳輝當選為中央政府執行委員會委員。4月率九軍團參加保衛廣昌戰役。7月率部護送紅七軍團以“中國工農紅軍北上抗日先遣隊”名義，向閩、浙、贛、皖行動。九軍團經鐸前、石城、寧化、清流、大田，至占領樟湖阪，完成了護送七軍團渡過閩江的任務。其後，攻占尤溪，繳獲食鹽、火藥等4萬多斤物資，並將這些物資肩挑身背，行程千裏運回瑞金，上交總部，緩解了中央蘇區物資匱乏之急。9月率九軍團先後參加攻打溫坊戰鬥和堅守鬆毛嶺、西華山保衛戰。曆時1個多月。10月中旬紅九軍團撤至朱蘭埠休整。10月16日羅炳輝率領紅九軍團離開朱蘭埠，開始了長征。是時，九軍團有兵員11538人。其後，羅炳輝指揮九軍團，掩護中央紅星縱隊突破敵軍設置的一、二、三道封鎖線。曆時約月餘，部隊抵達湘江東岸地域。九軍團與其他軍團一道，傾力掩護中央紅星縱隊渡過湘江。此役，中央紅軍損失幾萬人。九軍團所屬的第二十二師幾乎損失殆盡。12月紅軍長征途中於12月11日進至通道縣。中共中央政治局在通道開會，鑒於敵軍在湘江西岸部署了優勢兵力，繼續堅持按原定計劃與二、六軍團會合，將有全軍覆滅的危險。故決定中央紅軍兵分兩路向貴州黎平前進。羅炳輝率紅九軍團為右路，行進中攻占同古，掩護左路攻占黎平。中央在黎平召開政治局會議，決定放棄在湘西創立新的根據地計劃，“認為新的根據地應該是川黔邊地區”。此後，羅炳輝率九軍團隨紅軍主力在黔北活動，尋求擺脫追敵的戰機，直到遵義會議召開。