1930年6月，红五军扩编为红三军团，彭德怀任军团长，滕代远任政委，邓萍任参谋长，兼红五军军长。
8月23日，一军团、三军团在湖南浏阳会师，组建成“中国工农红军第一方面军”。
红三军团仍然是彭德怀任军团长，邓萍任参谋长。之后，二人携手并肩，率部参加了多次著名战役。
邓萍杰出的军事才华和危难之际勇挑重担的革命精神，给彭德怀留下了深刻的印象。
1931年秋，红一方面军取得了第三次反“围剿”的胜利，全军进入了休整阶段。
遵照上级的命令，邓萍来到瑞金，担任刚刚组建的“中央红军军事政治学校”教育长。
完成了在瑞金的任务后，在彭德怀的电话催促下，邓萍回到了红三军团，继续担任军团参谋长兼红五军军长。
1933年夏末，不甘心四次“围剿”失败的蒋介石，纠集百万兵力，在飞机大炮的配合下，采取“步步为营，稳扎稳打”的战术，向中央苏区发起了第五次“围剿”。
此时，毛泽东已被排挤出红军，把持中央大权的，是临时中央负责人博古和共产国际军事顾问李德。
10月18日，遵照临时中央的命令，红三军团在黎川向敌人发起进攻。
敌人有7个师，构筑了长100公里、宽20公里的坚固防线，碉堡密布，重兵云集，由轻重机枪组成的火力点每隔10米就有一个，其目的就是吸引红军前来进攻，消耗和消灭红军。
临时中央的这道命令，正中敌人下怀。红三军团战至25日，不但没有达到突破敌封锁、占领资溪的作战目的，反而伤亡惨重，不得不拖着疲惫之师退出战斗。
1934年4月，敌人以7个师、1个炮兵旅的重兵在飞机的掩护下向中央苏区的北大门广昌发起猛烈进攻。
中革军委命令：由红三军团防守广昌，不许放进一个敌人，违者军法从事。
军令下，彭德怀、邓萍不敢怠慢，忙组织全军团1.2万人进入阵地，调集精壮战士日夜抢修工事、碉堡。
在军团司令部，彭德怀向前来视察工作的李德、博古进言：“敌人有7个师的重兵和飞机大炮，火力凶猛。而我们才1.2万人，再坚固的工事也经不住敌军轰炸，死守是守不住的，1.2万人只有全军覆没。建议改为机动防御，只留一个连在正面吸引敌军进攻，主力隐蔽在城外附近的大山中，待敌人蜂拥攻城时，我们主力抓住时机出山猛袭敌军侧翼。”
彭德怀为增加进言的效果，拿出一张《广昌机动防御首长决心图》，这是邓萍昨天连天连夜绘制的。
李德看了一会儿地图，嘴角浮起一丝轻蔑和嘲讽的笑：“我曾经批评过刘伯承同志，说他白在苏联上了几年伏龙芝军事学院。我听说邓萍同志是黄埔军校毕业的，但看了这份有许多常识性错误的东西后，我也不得不对邓萍同志提出同样的批评，他的黄埔军校也是白上了！”
听到李德口出狂言，肆无忌惮的侮辱邓萍，彭德怀“呼”地站起来，怒不可遏地指着他说：“邓萍同志和我并肩战斗了六年，给我出了多少好主意，谋划了多少战斗，你知道吗？他的军事才华，岂是你李德能够比的？”
李德恼羞成怒，冲着彭德怀大吼：“你们必须执行中革委的命令，不准有一丝改动。否则，后果自负！”
在错误路线的指挥下，红军第五次反“围剿”失败，不得不进行战略转移——长征。
1934年10月21日晚，三军团作为左翼护卫，掩护着庞杂的中央机关进入了五岭山区。
行至广西境内，在湘江上游的全州、兴安间同凶悍的桂军发生激战，这就是著名的“湘江之战”。
红三军团同友军一样，遭受了重大损失，下属红六师参谋长杜中美和红十团团长沈述清阵亡。