西安事变后，红军被改编成国民革命军第八路军，任弼时对战士们一时不能理解的换装，进行了细致地工作，使战士们满怀信心地奔赴到抗日前线。在如此艰苦的环境中，任弼时教育女作家要知道节约每一个铜板。一九三八年，中国的抗日战争进入战略相持阶段，然而共产国际对中国的抗日形势与现状缺乏正确认识，为了让共产国际了解和认识中国共产党和认识中国的抗日民族斗争，中共中央政治局决定，派任弼时同志去莫斯科共产国际工作。任弼时怀揣母亲病逝电文，毅然来到莫斯科，在共产国际执委会主席团会议上，任弼时用流利的俄语做了长篇报告，获得了强烈反响。面临新的工作，任弼时感到时不我待。

在王稼祥的协助下，任弼时帮助了许多像师哲等不受王明信任的同志，重新恢复了革命工作，任弼时在共产国际的工作，受到了共产国际书记季米特洛夫的尊重，到莫斯科疗伤的周恩来也受到了季米特洛夫热情地接待。由于任弼时深入细致的工作，共产国际执委会表示完全同意中国共产党的政治路线，确认了毛泽东在中共党内的领袖地位，并号召国际无产阶级、共产国际所属各支部以及热诚拥护民主与和平的人士，从政治上、道义上、物质上援助中国抗战。一九四○年二月二十五日，周恩来、任弼时等九人离开莫斯科回到了延安，受到毛泽东等同志的热烈欢迎，并让任弼时着手中共“七大”的准备工作以及成立中央办公厅。任弼时与李富春在七大会址的选址过程中，意外地找得了师哲的爱人。

在任弼时地帮助下，师哲与失散多年的妻子重逢。面对国民党反对派的反共高潮，任弼时积极配合毛泽东提出的自力更生，发展生产的号召，开展轰轰烈烈的大生产运动，粉碎了国民党反对派封锁边区，围困边区的阴谋。任弼时在百忙的工作当中还学会了纺线，参加了中央直属机关的纺线比赛，和周恩来同台竟技。

一九四三年专门负责审干工作的中央社会部部长康生，将中共中央的审干工作引入了歧途，造成了大批冤假错案。面对这种错误，任弼时深入调查，反映真实情况，在毛泽东的干预下，停止了‘抢救失足者运动’，毛泽东并在大会上向受到冤枉的广大干部道歉。不久在中国共产党第七次代表大会上，时年四十一岁的任弼时同毛泽东、朱德、刘少奇、周恩来一起当选为中央书记处书记，并为毛泽东推举兼任中共中央秘书长。一九四五年在毛泽东赴重庆谈判期间，任弼时与刘少奇、朱德主持工作，因劳累过度，疾病缠身。也就在这时候，任弼时在延安见到了离别十五年从未见过面的大女儿任远志。

一九四七年初，蒋介石彻底撕毁了和平协议，调兵进攻解放区，任弼时率中央纵队转战陕北，来到王家湾，而女儿们也经辗转，得以父女团聚。胡宗南千方百计搜寻中央纵队主力，在对纵队应该向东还是向西转移的问题上，任弼时与毛泽东发生了分歧。在朱官寨任弼时受毛泽东的委托，深入农村调查研究，积极完善《土地法大纲》，然而离开延安近八个月的辗转行军和指挥作战，使任弼时本不强健的身体遭到了破坏，严重的高血压和糖尿病袭扰着他，使他无法工作，在医生的一再要求下，任弼时被中央安排到离中央驻地杨家沟十里地的钱家河村养病。养病期间，任弼时仍然坚持工作，积极研究中国现阶段的阶级划分，在伟大的土改运动的历史洪流中，与毛泽东、周恩来等人一起拨正航向，推动历史的进程。

随着解放战争地深入，蒋介石的南京政府统治岌岌可危。在北平召开的新民主主义青年团大会上，任弼时又一次病倒。由于身体原因，任弼时不能参加开国大典，他激动的在家中收听庆典实况广播，百感交集。在中共中央地安排下，任弼时赴苏联养病。任弼时在苏联养病期间，任弼时也见到了当年被迫留在苏联的小女儿任远芳，父女在既熟悉又陌生中，重新找回了亲情。不久，朝鲜战争爆发，任弼时又积极坚持工作，病情越来越重，一九五○年十月二十八日，任弼时终因积劳成疾，病逝于北京家中，与世长辞。