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145师的改编从三月下旬下达番号，到五月中旬基本完成，花了近两个月。
按照国民政府军事委员会的最新命令，145师将开赴包头集结整编。这既是国共合作的安排，也是南京方面统筹物资调配的方案——国民党拨给145师的军饷和物资需运抵包头，由部队自行接收。
拨给的物资计有：法币二十五万元，冬常服一万三千套，棉衣裤一万三千套，绑腿两万六千副，军鞋两万六千双，水壶与饭盒各一万三千个，及其他行军用品若干。另补充步机枪弹药和手榴弹一批。物资按上报编制一万三千人配发，至于实际缺额，由部队自行筹措。
改编工作自三月下旬番号下达，至五月中旬基本就绪，前后近两个月。
服装更换、编制调整、军官任命、装备调配——千头万绪，而145师的兵员分布在三地：陕北红八军团一部，河西走廊东路纵队一部，察哈尔、热河的华北抗日联军主力。三地相距千里，如何将部队统一纳入一个师的编制框架，要费些思量。
方案最终确定：陕北和河西部队开赴包头集中整编；抗联在热察地区的部队就地整编，除更换番号、服装和称谓外，对指挥体系进行优化，部队不做调动，继续在察哈尔、热河、兴安、辽西等地运动作战。
上报南京的编制是两旅四团一万三千人，实际编制则远不止此数。
四月初，改编全面展开。
陕北红八军团一部约八千人从榆林渡黄河，沿黄河北岸西行。这支从黄土高原沟壑间穿过的部队，翻山越岭，涉水渡河，五天后抵达包头。
河西东路纵队一部约七千人从张掖地区出发，沿河西走廊东进。走过凉州、景泰，过银川北上包头，走了十八天。这支部队经历过与马家军的血战，军装褪色发白，有的战士还穿着缴获的马家军军服，颜色杂乱。但他们的眼神里有一种特殊的坚韧——那是从血火里淬炼出来的东西。
物资也同步运抵。李福顺从乌兰巴托调拨弹药、军装——国民党拨付的并不够用。高志航等人驾驶运输机，连续七个夜晚往返飞行，将所需物资送抵包头。河西部队携带的粮秣、弹药、药品也随部队一同运到。
五月初，包头城外的黄河滩上，陆续出现红军的身影。
陕北部队率先抵达，在城西二十里外的荒滩扎营。帐篷绵延数里，战马在黄河边饮水，炊烟在黄昏时分袅袅升起。战士们在滩地操练，步伐整齐，口号嘹亮。河西部队随后抵达，两拨人马在黄河滩上相遇，互相问候，交换着各自地域的消息。陕北战士说起延安的变化，河西战士说起张掖的战事。他们来自不同的战场，却将汇入同一个番号。
整编随即展开。
红八军团一部与东路纵队一部合编为第三四四旅。孙玉清任旅长，陈海松任副旅长，陈伯稚任参谋长，曾日三任政训处主任。八六七团团长陈树湘、副团长程翠林，三个营长为刘干臣、孙永胜、王海清。八六八团团长熊厚发、副团长熊德臣，三个营长为朱金畅、刘理运、陈家柱。
部队统一更换灰色军装，调整编制建制，任命军官，配发装备。三四四旅上报编制六千余人，实际兵员一万两千人。
师直属骑兵团早在永昌即已完成改编。马彪率回民支队五千骑兵——战兵三千六百人，辎重兵一千四百人——编为师直属骑兵团。骑兵团全员回民战士，擅长骑马作战，曾在河西走廊以断粮战术击溃马家军，在八盘岭迫降马彪本人。如今马彪已是骑兵团长，他麾下的回民战士依然保持着那份悍勇。
师部机关约五百人在包头组建完成。秋成任师长，董振堂任副师长，唐睿任参谋长，黄苏任政训处主任，李福顺任供给部长。
三四三旅八六五团三营约三千人也开赴包头整编。严凤才任营长，蔡中任副营长。三营是原红八军团二十一师的老底子，战斗经验丰富，是秋成最早带出来的精锐。
在热察地区，华北抗日联军就地整编。除更换番号和服装外，对指挥体系进行优化——各支队改为团营建制，明确旅团营三级指挥层级，规范参谋、政训、后勤等机构设置，统一作战条令和训练大纲。