人员配备和部队行动等都由中共两广区委书记陈延年和军事部长周恩来决定。
  1925年2 月，铁甲车队和农民自卫军采取挖地道火攻等办法，迫使两个大炮楼里的敌人于2 月13、14日先后缴械投降。广宁各地反动地主闻讯后，相继答应农会要求，解除武装，赔偿损失，同意减租。广宁农民运动获得一个大发展。这次行动后，周士第被提升为铁甲车队副队长。
  1925年6 月爆发省港大罢工，徐成章调省港罢工委员会，任纠察委员会委员兼纠察队总队长、总教练。周士第升任铁甲车队队长。他率领铁甲车队参加了解除郑润倚等反革命武装的战斗，参加了封锁香港的行动，1925年10月，英帝国主义支持陈炯明、郑润倚残部，到大鹏一带进行骚扰，并捉去驻沙鱼涌王母墟罢工工人纠察队十多人。铁甲车队闻讯，即由周士第和廖乾五带领四个班，赶往沙鱼涌救援。
  11月4 日凌晨，敌人向沙鱼涌南端小高地铁甲车队阵地发起攻击。周士第指挥铁甲车队士兵英勇抗击，打退敌人多次进攻，守住了沙鱼涌阵地。早7 时半，在英帝国主义的飞机掩护下，千余敌人再次向铁甲车队阵地发起攻击。敌人越来越多，所有高地均被敌人占领，沙鱼涌街口也落入敌手。周士第意识到处境已十分危险，遂决定突围。他亲自带队在前浴血奋战，先打垮街口的敌人，杀开了一条血路，又打垮守桥的敌人，冲过桥头，终于突出了重围。突围后，发现有些队员未能跟着突击出来，周士第等商量决定，让农民去沙鱼涌散布说：黄埔军校的学生军打来了。这时，沙鱼涌的敌人正在煮饭，一听说黄埔学生军打来了，顿时四散逃命。铁甲车队成员遂全部突围出来。
  沙鱼涌战斗，毙伤敌参谋长以下官兵200 多人，给英帝国主义以沉重打击。中共两广区委对周士第和铁甲车队在沙鱼涌战斗中英勇顽强的战斗精神，给予高度赞扬。省港罢工委员会和广州群众团体为铁甲车队组织了盛大慰劳活动，还专门组织了报告会，请周士第报告沙鱼涌战斗的经过，号召人们学习铁甲车队的革命精神。毛泽东在广州农民运动讲习所向学员讲话时，对铁甲车队也给予了很高的赞誉。
  北伐战争时，周士第任叶挺独立团参谋长。后来，北伐军打垮横行一时
  的直系军阀吴佩孚。由于独立团英勇善战，战功显著，被誉为“铁军”。后独立团改编为国民革命军第二十五师第七十三团，周士第任团长。
  红军长征期间，中共中央派周士第任红十五军团参谋长，参加了直罗镇战斗。红军到达陕北后，为挽救华北危局，周士第率十五军团东征抗日，行程1000多公里，消灭敌人7 个团。1936年12月，中共中央派周士第任红二方面军参谋长，协助贺龙总指挥和关向应政委工作。
  抗日战争爆发后，红二方面军改编为八路军一二○师，贺龙任师长，关向应任政委，周士第任参谋长。1937年9 月，在朱德、彭德怀率领下，一二○师开赴晋西北，在雁门关一带开展游击战争，到年底，歼日伪军千余人。
  并在十四个县组织了游击队、自卫军，控制了吕梁山北部地区，建立起抗日根据地。
  1940年11月，晋西北军区（后改为晋绥军区）成立，周士第兼任军区参谋长。12月，周士第同张剑结婚。但他还没来得及与新婚妻子度蜜月，婚后第二天就去前线指挥反“扫荡”作战。1942年1 月，关向应、贺龙先后去延安，军区工作由周士第主持。不久，日军发动了春季“扫荡”，采用“铁壁合围”、“梳篦战术”、“集中合击”、“分散清剿”等办法，妄图摧毁抗日根据地。周士第指挥部队，经过84天、200 多次战斗，毙伤日军3000多人。5 月14日，周士第集中四个团的兵力，将窜入兴县之日军村川大队1400多人，包围在田家会，激战七昼夜，歼其大部，沉重地打击了日军的侵略气焰。
  1942年10月，晋绥分局书记林枫从延安返回，传达了毛泽东关于“把敌人挤出去”的指示。周士第联系实际提出组织武工队。在主力部队、游击队、民兵和广大群众的配合下，武工队时而集中，时而分散，打埋伏，袭据点，摸哨兵，捉汉奸，埋地雷，割电线，破路基，断水源，并开展政治攻势瓦解敌军，使敌人草木皆兵，生活困难，如鱼之失水，鸟之无栖，一个个碉堡，一个个据点，或被挤走，或被袭占。到1943年，武工队在主力部队和群众的配合下，挤掉敌据点140多个，摧毁敌伪政权800 多个，收复了3000多个村庄，还争取了100 多个伪村政权为两面政权。同年8 月，周士第升任晋绥军区副司令员。
  1944年6 月，周士第因病回延安治疗休养。在病重期间，毛泽东亲自去看望周士第。1945年4 月到6 月，周士第在延安参加了中共第七次全国代表大会。会后，因病继续休养。侵华日军无条件投降后，周士第看到同志们纷纷奔向前线，心里十分着急。1946年，周士第未等病痊愈，即回到晋绥军区，接受指挥晋北战役的任务。
  在晋北野战军将要作战的地区，阎锡山占据着从大同至忻州问北同蒲铁路沿线的12个城市，划分为北岳与关南两区，以第四十三军军长楚溪春为北岳区总指挥驻守大同及怀仁、应县、山阴、朔县五城，以第十九军副军长于振河为关南区总指挥驻守忻州及宁武、崞县、繁峙、五台、定襄、代县七城，总兵力达五万多人。阎锡山是山西的“土皇帝”，时任国民党第二战区司令长官。他总揽山西军政大权，实行封建割据，把山西变成自己的“独立王国”。
  日本投降后，阎锡山冒天下之大不匙，把沾满中国人民鲜血的大批原侵华日军改头换面为“特务团”、“保安队”，作为骨干兵力配置在重点、支点上，饷粮特殊优待，士兵皆予尉官待遇，官佐委以高衔重权，原日军混成第二旅上校参谋今村升任关南区少将副总指挥。他还把不同建制的部队交叉配置在
  一个区域内，甚至一个点上，形成错综复杂的指挥关系，与阎保持多样化的联系，相互监督以保证忠实地执行“反共”政策。
  晋北野战军司令部认真分析了敌情，认为敌军部署貌似严密，却存在着致命的弱点，如点多线长，配置分散，山头繁杂，矛盾重重等，只要在战役过程中坚持集中兵力，逐个拔点，逐段歼敌，变总体的弱势为相对的优势，变全局的被动的防御为局部的主动的进攻，就有把握取得战役的胜利。
  晋绥军区首长决定首先攻取朔县，截断敌战争体系中的中间一环。朔县是敌北岳区南端一城，也是北岳与关南两区结合部，约1300人驻守。晋北野战军先期从绥东调回的独二旅三十六团和雁门军区第三团、第一团一部担负攻城任务，同时派出游击部队破击北至岱岳、南至宁武与忻州问的铁路并打击沿线据点，阻敌增援，使攻朔如“瓮中捉鳖”。攻城部队在当地群众支持下，预先深入朔县城周围勘察地形，侦察敌情，在野外进行爆破训练，利用山崖演练攀城，绑扎了大批云梯勾索。
  6 月17日零时30分，独二旅三十六团和雁门第三团隐蔽而迅速地摸到城下，突然竖起云梯，象天兵天将似地攀上了城墙。守敌见我军已登上城，一时乱了阵脚，虽仓促抵抗，但已是回天无力了。
  我军首先夺取了城西北角，仅30分钟就冲入城内，攻击北门的部队用黄色炸药接连炸开两道城门，入城部队一面向纵深发展，一面配合其他方向内外夹攻。不到一小时，主力几乎全部入城，向街心制高点钟鼓楼和敌县公署、公安局及指挥部攻击。至17日晨，攻城部队全部占领朔县城，全歼守敌1200余名，活捉敌团长、县长。
  贺龙得知首战告捷，非常高兴。他对周士第说：“晋北野战军要乘胜夺取宁武、原平、崞县、代县，然后攻占五台、忻州，完成任务后再行北上夺取怀仁、应县，为今后会攻大同造成有利形势。”
  按照贺总的指示，周士第指挥晋北野战军南下再战宁武。宁武位于内长城以南，属敌关南区第一城，由保安第十二团和第四十师第三团一部约1400人驻守，保安第十二团团长辜仁声兼宁武总指挥。敌人为防我直接袭城，在城周200 —300米处构筑了碉堡和护城墩，在北面的大河堡及东面的宁武车站驻有一二个连。
  晋北野战军以独二旅三十六团、雁门第一团攻城，由独二旅旅长唐金龙、雁门军区副司令员孙超群指挥。6 月29日夜，部队冒雨接近城周据点发动外围战斗，先后攻占大河堡、车站及碉堡、护城墩，扫清外围。 30 日夜向城内发起进攻，城内守敌乘天黑弃城突围，沿途不断遭到袭击，最后只剩300 多人跑到原平镇。
  7 月1 日，周士第司令员、贺炳炎副司令员率晋北野战军司令部进驻宁武城。周士第在城内召集独二旅和雁门军区团以上干部会议，总结朔、宁战斗的经验教训。部队在攻占朔县后也出现了一些问题，个别单位为了解决部队给养和群众生活，擅自没收了一些粮店、面铺、商行等工商企业，影响不太好。贺龙得知此事后，立即给晋北野司发出《对攻朔部队违犯纪律的训令》，对这一错误进行严厉批评。