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。
三四三旅由邓萍任旅长，黄超任副旅长，罗南辉任参谋长，李屏仁任政训处主任。八六五团团长杨汉章、副团长杨森，三个营长为邵烈坤、曾春鉴、严凤才。八六六团团长黄开湘、副团长徐行德，三个营长为刘雄武、余泽鸿、徐策。
至五月中旬，145师在包头集结整编完毕。集结于此的部队包括：第三四四旅全部约一万两千人，第三四三旅八六五团三营三千人，师直属骑兵团五千人，以及师部及直属部队。总计两万余人，战马过万匹，辎重车上千辆。
两万余人、过万匹战马、上千辆辎重车，在包头城外的黄河滩上绵延数里。穿着统一灰色军装的士兵在滩地上列队行进，骑兵在黄河边饮马，物资车队停驻在营地边缘。帐篷连绵，炊烟袅袅，战马嘶鸣，口号嘹亮。
绥远省政府主席傅作义，派第101师师长董其武前来劳军。
傅作义是晋绥系老将，隶属阎锡山，主政绥远。145师隶属第二十九军，是国民革命军，傅作义对这支过境客军自然要做些表示。董其武携带几十箱慰问品——香烟、白酒、罐头、饼干，于五月十五日抵达包头城外的145师驻地。
董其武骑马进入营地，眼前的景象让他愣住了。
他本以为145师集结在包头的只是师部和少量直属部队。但他看到的，是绵延数里的帐篷营地，成队的士兵正在操练，骑兵在河边饮马，物资车队一眼望不到头。
董其武在营地边缘勒住马，身旁的随从也都有些发懵。
一名随从低声说：“师座，这兵马是不是太多了？”
董其武深吸一口气，调整表情，策马向营地中央走去。
师部设在营地中央的一座大帐篷里。秋成和董振堂没有跟部队同行，先去了延安，师里工作由参谋长唐睿主持。
寒暄过后，董其武问出了心中的疑问：
“唐参谋长，贵军这人数是不是多了些？原以为只是师部在此，这阵仗……”
唐睿笑了笑，端起茶杯喝了一口，语气轻松：“没办法。听说我们要去抗日，陕北民众和河西民众热情得很，非要参军，还只认我们145师。民心所向，师长就把新加入的战士编成师直属部队了。”
董其武听了，心中自有掂量。他在军队多年，一眼便能看出这些士兵是训练有素的老兵——步伐整齐，队列严整，身上带着一股说不出的精悍气。这样的兵，比自己部队里的强多了。
他识趣地没有追问，只是连声应道：“抗联威望高，合情合理。”
唐睿起身，请董其武参观营地。三四四旅的士兵正在滩地操练，骑兵团的战马在河边成排饮啜，物资车队停驻在营地边缘，野战医院在营地一侧搭起了帐篷。董其武一路看着，心中复杂——有震撼，也有几分说不出缘由的敬畏。
巡视完毕，董其武告辞离去。策马离开营地时，他回头望了一眼。黄河滩上，145师的营地绵延数里，炊烟袅袅，战马嘶鸣。
五月二十日，145师开始向东开拔。
骑兵团先行，三四四旅殿后。两万余人离开黄河滩，向东行进。进入绥远腹地后，行军方式为之一变——化整为零，分散行进，悄然向东。