第一批西征部隊：1938年6月，第9軍政治部主任魏長魁，率第9軍第2師的第4、第5團共百餘人、第3軍的常有鈞部，從依東地區地區開始西征，越過呼蘭河，葦子溝遭遇戰魏長魁負傷掉隊自刎殉國；慶城九道崗遭遇戰第9軍第4團譁變為匪，常有鈞被叛徒殺害；郭鐵堅率第9軍第5團60人繼續前進，退入山里，11月郭鐵堅率領著不足20人瘦弱不堪的隊伍抵達海倫縣八道林子，完成西征。

第二批西征部隊有兩支：一支是第6軍軍部教導隊、第2師第11團、第1師第1團，共200人，由第6軍參謀長馮治綱、第２師師長張傳福率領，1938年8月上旬從蘿北梧桐河畔老等山出發，行軍月余到達海林東部的道林子；另一支是第3軍第3師、第6軍第3師第8團、第2師第12團等，300餘人，由第6軍政治部主任金策、第6師師長王明貴、第3軍第3師政治部主任侯啟剛率領，8月中旬從富錦、寶清過松花江在蘿北集結，9月6日從老等山出發，搶渡梧桐河，行軍在沼澤地帶時遇到暴雨洪水。9月13日進入原始森林，10月8日抵達海倫縣，與6軍西征部隊會師。

第三批遠征部隊：第6軍軍部教導隊、第11軍第1師，共100多人，由北滿抗聯總司令部總政治部主任張壽籛（李兆麟）、第11軍第1師師長李景蔭率領。1938年10月21日上午，在王把頭密營集結出發，李景蔭負責作戰指揮，第6軍教導隊副官耿殿君任臨時參謀長。11月14日到達湯原東部聯軍密營，奔襲鶴立，繳獲棉花布匹麻線，自己動手做了三天的棉衣。1939年1月2日，先期到達海倫八道林子的王明貴收到張壽籛的信：「我已經率第三批西征部隊到達綏稜縣的白皮營。要火速送糧，以解燃眉之急！」信上逐字旁都畫了圈表示十萬火急。王明貴立即組織30匹馬馱著糧食，次日抵達白皮營。此時張壽籛部僅有部分戰士穿著被樹枝掛得破爛不堪的棉衣，棉絮露著；沒穿棉衣的戰士裹著被子；沒帽子只能頭纏幾層布禦寒。西征中，第3路軍創作的《露營之歌》，後成為東北抗日聯軍軍歌。

李兆麟領導的北滿臨時省委與抗聯第3路軍的西征，保存了部隊有生力量，成功進抵小興安嶺西麓，並站穩腳跟，抗日游擊活動一直堅持了五年以上時間，直至1943年才退入蘇聯境內。第3路軍的三批西征部隊會師後，中共北滿臨時省委於1939年1月召開了第9次常委會，總結了北滿抗聯各軍退出三江根據地的原因，提出在老游擊區應該建立後方基地，應該將騎兵游擊（平原游擊）和步兵游擊（靠山游擊）結合起來。1939年，在松嫩平原上年興起了平原游擊戰爭。1939年4月12日，北滿臨時省委改組為北滿省委，決定以抗聯第3、6、9、11軍所部合編為東北抗日聯軍第3路軍，總指揮李兆麟。1939年5月30日，東北抗日聯軍第3路軍在德都縣朝陽山設立後方基地。

1938年冬天，東北抗聯只剩下共產黨直接領導的隊伍5000餘人（朱按，都在蘇聯境內），其他統戰性質的抗日武裝已經全部瓦解或投敵。到1940年冬天，東北抗日聯軍只剩下不到1000人。