於是，林月琴成為中國工農紅軍的第一個婦女工兵營營長，王澤南任政委，劉百興任副營長，全營3個連隊，除一名管理排長是男性外，四五百人都是年輕婦女。
婦女工兵營既是服裝廠，又是運輸隊。她們要製作衣帽鞋襪，保障數萬指戰員的服裝需要，還要將部隊打仗繳獲的糧食、布匹、彈藥等物資用背簍運回駐地。山道崎嶇，背簍沉重，十分辛苦，但林月琴帶領女戰士們不畏艱辛，每次都出色完成任務。
愛美是女子的天性。在林月琴的要求下，婦女工兵營的女戰士們一個個與眾不同，她們雖然穿著和男兵一樣的紅軍服裝，但都是自己量身製作，顯得合身利索；3個連的綁腿顏色也各不相同，一個連是紫的，一個連是灰的，一個連是黑的，既整齊，又分明；打布草鞋時，將鞋臉上紮一朵紅絨球，隊伍走起路來，紅絨球像一串串流星，非常耀眼好看；紅旗一打，戰歌一唱，分外精神，吸引著眾多目光，贏得了陣陣讚歎。
1935年5月，紅四方麵軍強渡嘉陵江開始長征。婦女工兵營的任務是運輸，她們背的背簍裏除了營裏的物資、個人行李外，還有供給部的銀圓和金條，負重超過了一般的男同誌。
黨嶺山是最難翻越的一座雪山。由於長期疲勞，缺衣少食，一些體弱的女戰士爬到山頂一休息，就倒在雪山上永遠起不來了。林月琴見狀，急忙命令：不許休息，趕快下山！有的戰士實在邁不動腳，就將背簍抱在胸前順著山坡往下滑。雪山過去了，可大部分戰士又得了雪盲症。第二天行軍，林月琴就安排眼睛好的戰士走前麵，患雪盲症的戰士在後麵一手拄著棍子，一手搭著前麵戰士的背簍或肩膀緩緩前進。
在第二次過草地時，糧食奇缺，工兵營搞到了一點青稞。當林月琴帶著二連在水磨溝磨麵時，突然有幾十個戴著高帽子、穿著袈裟的喇嘛騎著馬，敲著鑼喊叫著充滿敵意地向她們衝來。她們僅有放哨的兩支小馬槍，不要說紀律規定不能開槍，就是開槍也擋不住對方。林月琴急忙上到水磨邊的一棟樓房上觀察。這時，喇嘛已經堵住了唯一的出路，情況十分危急。關鍵時刻，林月琴臨陣不亂，靈機一動，命令司號員小何吹號。機智的小何心領神會，從樓下開始吹號，邊吹邊往樓上爬，造成部隊由遠及近的效果。喇嘛們不知底細，不敢妄動，嚇得退走了。
1936年6月，在即將到達甘孜的一天晚上，張國燾衛隊的少數人違反紀律，闖進工兵營女兵住所鬧事。林月琴大怒，厲聲下令：“把他們轟出去！”女戰士們拿起運送物資的棍棒做武器，奮起自衛，將這些家夥打跑了。不料，此事觸犯了張國燾，他大發雷霆，下令撤了林月琴的職務，把她調到糧食局婦女運輸連當連長。當年10月，3個方麵軍會師後，林月琴又被調到衛生所當班長。
林月琴在長征中兩過雪山三過草地，曆盡千辛萬苦，經受了挑戰人類艱苦極限的考驗，最終勝利到達陝北。
新中國成立後，在回憶起長征時，林月琴幽默地對女兒羅北捷說：“將來我死了，一定要把我這雙‘解放腳’送到博物館，放在玻璃櫥窗展覽，標簽上就寫著：‘瞧，就是這雙腳走了兩萬五千裏長征’。”
淡泊名利，不當部長當校長
1936年10月，經何長工介紹，林月琴轉為中國共產黨黨員。同年12月，調中共中央婦女部工作。1937年1月入中央黨校學習。在延安，她和時任軍委後方司令部政治部主任的羅榮桓相識並結婚。
1938年5月起，林月琴先後任八路軍駐西安辦事處機要處秘書，八路軍第一一五師政治部組織部幹部科幹事、副科長，山東軍區司令部機要科政治協理員等職。無論在哪裏，她都努力工作，細致認真，深受好評。在做好本職工作的同時，她還照顧患重病的羅榮桓，給予他最周到的護理和精神上的慰藉，以保證他能擔負起繁重的領導工作。
1947年5月，組織上要安排林月琴任東北野戰軍政治部組織部副部長，這是一個令很多人羨慕的職位。但為解決前線幹部的子女無學可上、無人照顧的後顧之憂，時任東北野戰軍政委的羅榮桓希望妻子去辦一所幹部子弟學校，更好地培養革命後代。
林月琴毅然放棄了當組織部副部長的機會，淡泊名利，樂意做個“孩子王”，在哈爾濱創辦東北民主聯軍南崗幹部子弟學校並擔任首任校長。辦學之初，條件簡陋，她親自籌集教具營具，精心選調教員。學校開始隻有李敏、羅南下、肖榮等8個孩子，沒有教室，課堂就設在羅榮桓的辦公室裏。此後，學校迅速擴大，到1948年，學生增加到80多人。
林月琴帶領全體教職員工竭盡全力，不斷改善教學和生活條件。她關心每個學生的衣食冷暖，常與學生聊天、做遊戲，為孩子縫補、洗衣，把全部母愛傾注在學生的身上，孩子們都親切地稱她為“林媽媽”。她的出色工作，得到了前方指揮員和後方家屬的交口稱讚。時任中央婦委書記兼東北局婦委書記的蔡暢，在一次會議上表揚林月琴為孩子們辦了一件好事，並號召人們向她學習。