然而苏联方面却不允许中国学员们参观兵工厂，许光达原来学的是炮兵，他多么希望能走进坦克制造厂、战车制造厂、制炮厂等工厂去考察一番，却是一筹莫展。苏联方面甚至禁止苏联军人与中国学员私下接触。
在苏联的学校里学习，图书馆的书也不许外带，不许做笔记。许光达就整日泡在图书馆里看，好在他年纪尚轻，记忆力好，他尽可能把有用的知识往脑袋里装。尤其是那些涉及军事知识和武器装备的书籍和刊物，他看了一遍又一遍，直至理解并大致记住。
1936年秋，苏联东方大学为中国红军举办了一期汽车训练班，学习掌握汽车、坦克和大炮的技术。许光达是一位红军指挥员，原又是学炮兵的，自然被选调到东方大学学习。有心之人遇所好之事，当全心钻研。苏联红军建设已有十多年的经验，且经过国内战争培养出一大批军事家，这一次苏联党有心为中国红军培养一批懂得机械化军事的人才，派出一批既有军事理论又有实战经验的军事专家和军事理论家来给中国学员授课。虽然苏联的军事科技较为发达，但许光达已有相当的知识基础，在中国学员中，他接受得比较快，也学得比较好。许光达不仅掌握了一般的汽车、坦克和大炮的结构原理，更学到了现代战争中坦克、大炮的战术原则。
对于坦克兵的作战技术和战术，许光达格外感兴趣。坦克作为一种新型武器，第一次世界大战末期开始出现于战场，在一些军事强国已发展成为一支独立的兵种。由于它具有高速的运动力、威烈的火力和坚强的装甲防护力，成为了现代战争中机动性最大、突击力最强的一支地面战斗力量。以往许光达只是从一些教学图片中看到它在战场上的威力和作用，现在面对面地亲手操纵这种现代化的庞然大物，他怎能不全身心的投入进去？他深知装甲兵这一兵种中国红军现在没有，但以后必然会有的。为了中国革命的实际需要，为了中国红军的发展和建设，许光达孜孜不倦地钻研于其中。这为他后来担任新中国第一任装甲兵司令员奠定了坚实的专业基础。
当时，在苏联的中国党组织完全处于王明的控制之下，王明封锁中国国内的情况，这使得许光达和其他同志对王明行为愈来愈不满，许光达作为党支部书记，找到担任中共驻共产国际代表的王明，反映学员们的共同心声。许光达的行为，按规定是符合党的组织原则的，但王明却斥责许光达，认为他这是有意煽动学员反对共产国际的派别活动，并将许光达隔离审查，中断了他的学习。这使得许光达极其愤怒。几个月后，他回到了中国。
1938年1月，经长途辗转，许光达到达延安。他这才第一次见到毛泽东。早在长沙读书时他即已知道毛泽东，并读了毛泽东的许多文章。在后来的革命活动中，他更闻知毛泽东的创造和才能，但一直未到中央苏区工作而无缘相见。来到延安后，毛泽东等中央领导同志前来看望许光达这批“留苏人才”，许光达这才了却多年心愿。
一见面，毛泽东便说：“你是长沙人，湖南老乡噢！”
在询问了许光达他们在苏联学习、生活情况后，毛泽东又寄语式地说，“你们都是在列宁故乡喝过洋墨水的洋包子，有学问的噢！中央欢迎你们回来，参加伟大的抗日战争。我们的党，我们的军队已经度过了最艰难的时刻，在抗日战争中得到了发展，将来还要大发展，需要人才嘛！你们这样的干部，愈多愈好！希望你们回来以后，好好发挥作用。”
也就是从那时起，毛泽东注意到他的这位温文儒雅双重硬学历（黄埔军校及留苏学习）老乡，并有意培养提携。
不久，许光达被分配到抗日军政大学担任训练部长。1938年5月，他又被任命为教育长。
黄土高原之上，千山万壑之中，抗日军政大学成了培养抗日骨干的摇篮，成了海内外炎黄子孙最可注目、寄以厚望的地方。巍巍宝塔山，清清延水河，多少热血青年从祖国的四面八方汇集到了这里。在这群英毕至的地方，许光达既是教官又是学员。他从革命实践经验丰富的战友那里学习自己缺乏的东西，又把自己从黄埔军校和苏联学来的理论教授给学员。既承担学校的领导工作，又亲自讲授战术学等军事理论课程。他的才华得到了充分的展示。
1939年6月，抗大总校移驻晋东南，在延安则筹建抗大第三分校。7月，许光达被任命为抗大第三分校校长。在做好学校领导和教学工作的同时，许光达积极研究抗日战争的特点，总结抗日游击战争的战略战术的成功经验，发表了一系列总结办校经验、论述抗日军队组织形式、游击战争战略战术的文章。此时，他已不仅仅是一位军人，更是一个逐渐掌握战争艺术的思想者了。1941年1月，许光达被任命为中共中央革命军事委员会参谋部部长。随后又任八路军第120师独立第2旅旅长兼晋绥军区第2分区司令员，在五寨、神池、”保德等地开展游击战争，巩固和扩大了抗日根据地。
3．宜川城下，许光达指挥部队打出“怪”名堂：援兵急来就慢打，援
兵慢来就急打。他说这叫“活捉老狼”
1947年8月16日，许光达接到彭德怀的命令，率部火速开往乌龙铺，接应和掩护中央机关转移。
当时的局势是十分险恶的，国民党军第36师已到达镇川堡。另有董钊的1个师，刘戡的5个旅由绥德直扑葭县，刘戡部和第36师，南北相距只不过百里路，东向封锁了黄河渡口，西向控制了威榆公路。中共中央机关被挤在葭县、米脂、榆林三县交界的狭小地区，背后是沙漠，西侧是榆林河、无定河，东面是黄河，南面和北面有敌大军压来，处于四面被围的困境当中。而且，敌人进展神速，包围圈越缩越小。
就在8月16日那天的晚上，党中央和毛泽东、周恩来、任弼时等人冒着大雨进至葭县乌龙铺以东的曹家庄。周恩来亲自打电话给彭德怀，告之中央机关不过黄河，仍继续留在陕北，但处境困难，希望彭德怀派一名得力的将领火速带兵前来，保卫中央机关向安全地带转移。
彭德怀马上电告党中央，他准备派许光达率领3纵，前来接应和掩护中央机关转移。
正是在这样十万火急的背景下，许光达率领部队冒着大雨，拼命向乌龙铺前进。
行军途中，许光达把各旅的负责人召集到一起，边走边交代任务。大家的心情万分焦急，为中央的安全担心。众人看出，许光达的心情十分沉重，这是解放战争以来，他们所看到的自己的司令员最紧张的一次。
许光达怎么会不紧张呢？中央的安危，此时正系于他和3纵的身上。
8月17日，3纵到达指定地域乌龙铺。许光达向各旅长下达了死命令：“哪怕是敌人的炮弹落在身上，也不许后退一步！”
当时，敌36师以113旅为前梯队，由镇川堡向乌龙馆前进。彭德怀判断该师主力必将经沙家店地区东犯。因此，决定集中野战军主力在运动中歼敌36师于沙家店一带。
彭德怀摆出这样的布阵：
许光达指挥3纵和绥德军分区警备4团、6团插到乌龙铺与沙家店之间的当川寺，切断敌124旅与其主力的联系；
王震指挥的2纵等4个旅，在沙家店地区张开“口袋”，围歼敌36师主力；
贺炳炎的1纵进至沙家店以西，堵死敌36师的退路，并担任对增援之敌的阻击任务。
敌36师基本上落入彭德怀的手掌心了。
然而，敌36师只是进攻之敌中的一路，另一路刘戡带领的5个旅仍冒雨进犯，已经到了葭县的店头镇一带。中共中央机关因茨芦河河水猛涨而无法北进，改向西北方向移动，还是没有脱离危险。
当时，许光达的指挥所离中央机关仅隔一条雨裂沟。他召集各旅旅长到指挥所开会，指着对面的山梁让大家看：只见一支队伍在转移，有男有女，有老有少。这正是中央机关。这山梁的一个避雨处，架着电台的天线。许光达什么也没有说，灼热的目光扫了一眼身旁的旅长们，旅长们会心地转身往各自的指挥部跑去了，每个人都深知自己的责任重大，人在阵地在，他们决心以自己的血肉之躯保卫党中央的安全。
8月18日上午，3纵的独5旅及绥德军分区警4团、6团在乌龙铺之北与敌接火，其他部队在乌龙铺以南抗击西援之敌3个旅。阻击战斗从上午一直打到第二日拂晓，3纵顶住了敌人1个军部及3个旅的轮番进攻，敌未能前进一步。
尽管彭德怀已在沙家店布下口袋，正准备围歼敌36师主力，但对许光达来说，其处境却是相当困难的。前边有刘戡的主力压过来，后边是葭芦河，3纵背水而战，这是兵家大忌。然而，许光达却知“忌”而行，英勇奋战。
由于3纵果敢的牵制行动，使得我1纵和2纵能够迅速将敌36师师部及165旅包围在沙家店，彭德怀发出了歼敌紧急动员令：“彻底消灭36师，是我西北战场由战略防御转入战略反攻的开始，是收复延安解放大西北的开始！”在彭德怀的命令下，全军将士个个斗志昂扬，奋勇争先，向被围之敌发起猛攻。
整编36师是胡宗南的嫡系部队，为此胡宗南急电36师师长钟松，命令其固守待援。由南路北上的敌第29军军长刘戡也致电钟松：“已令55旅就近来援，主力继后即到。”