1944年，抗日战争发展到战略反攻阶段。党中央在杨家岭召开重要会议，毛主席、朱德、周恩来、任弼时、彭德怀、叶剑英等出席。会议决定派遣三五九旅九个步兵连和由组织部抽调的若干个干部连挺进华南，建立敌后抗日根据地。
10月31日，中央召开书记处会议，确定了南征的区域和组织机构，任命王震为司令员、王首道为书记兼政委、王恩茂为副政委、刘型为政治部主任等八同志组成军政委员会，部队正式定名为国民革命军第十八集团军独立第一游击支队(简称“南下支队”)，下设六个大队，全军约五千人。
11月1日，南下支队在延安东关机场上，举行了誓师阅兵式。刘型和他的战友们接受了毛主席、朱德等中央领导同志的检阅，并集体宣誓。5日，刘型到杨家岭参加第一次军政委员会议，任弼时代表中央宣布南征任务。10日，南下支队在延安各界群众欢送下踏上征途。
11月中旬，南下支队到达绥德时，刘型主持召开了政治工作会议。下旬，部队到达日军控制的汾阳、平遥地区，夜晚急行军，跨越同蒲铁路，刘型随军一夜赶了一百八十里。
12月中旬，南下支队进军晋东南中条山。由于日寇的“三光”政策，把沁水马邑、富店一带搞得一片凄凉。刘型要求各级政工干部注意农村调查，进行爱国主义教育，沿途发动群众，扩大抗日势力。他深入基层，参加群众大会，宣讲我党我军的抗日救国政策。
下旬，部队进抵黄河岸边。刘型召开政工会议，做好渡河的思想动员工作。在大石村，他向宣传队讲话说，现在是宣传队发挥战斗力的时候，任务是鼓舞部队越过黄河天险，挺进中原，我们先到河对岸山坡上当啦啦队去。然后，他柱着木棍子，带着宣传队在鼓动棚里做宣传工作。全军以疾行军的速度，绕过敌人的邵源据点，在一个回水湾里找到了临时“冰桥”，顺利抢渡黄河，消灭了石曲、石井两村的伪军据点。渡河的当天，南下支队向党中央发电汇报，很快收到毛主席赞扬“五十天行军，安全过黄河”的回电。
1945年元旦，南下支队进至宜阳县西南的东、西赵堡，这里的群众受敌伪劫掠，经济萧条，部队买不到粮食，只能吃两餐小米粥和红薯当年饭。艰苦的生活难不倒指战员的革命意志，大家仍如往常一样祝贺新年。
1945年1月29日，南下支队和李先念领导的新四军第五师在礼山县陈家湾胜利会师。1月下旬，南下支队到达湖北薪春县田家镇，准备渡过长江天险。刘型和政治部的同志迅速开展群众工作，得到当地党组织和游击队的大力帮助。半夜里，群众开来了几百条帆船，集合在新桥和亚口两个渡口，在拂晓前，将全军五千多人安全渡过长江。接着，继续向鄂南推进。
3月26日，南下支队夺取了平江县城。进城后为不惊扰市民，全军大部分在街头露营，并积极开展宣传工作，号召农民参军参战。
一天，南下支队第三大队在平江城天主堂门口招兵，有个孩子从大人的胳膊下钻进来报名，因为个子矮，年纪小，没有录取。但那孩子就是不走。刘型看在眼里，建议招兵同志到孩子家去了解情况。当得知孩子的爸爸是农会会员，被反动派害死，哥哥因不肯给日军带路又被枪杀，病危的妈妈决心要送他当红军为父兄报仇的情况后，刘型马上派医生去给孩子的母亲治病，不幸医治无效，老妈妈病故了。刘型遂批准吸收这个孩子到三大队当司号员，并给他取了个名字，叫颜鹏程。
4月13日，刘型参加了在汪坪召开的军政委员会，研究决定建立湘鄂赣边党政军领导机关，以便加强党的统一领导和军事上的统一指挥。22日，在张谷英召开全军政治工作会议，传达党中央、毛主席多次来电要部队“十分注意纪律教育，做到秋毫无犯，团结一切好人”的指示。会议还听取了一、三支队和地方工作的汇报，决定扩大新兵，注意纪律教育，加强对国民党军队的政治攻势。
5月上旬，刘型参加了在通山县山口铺召开的湘鄂赣边区党委会议。这次会议传达了5月4日毛主席的来电，决定分兵一部向湘北挺进，一部坚持鄂南斗争，为建立湘鄂赣边区根据地打下了基础。
6月中旬，刘型在鄂南利用部队休整时间，组织全军认真学习党的“七大”文件，总结前段工作。在支队召开的全军政工会议上，他作了长篇报告，要求大家做好充分的思想准备，吃大苦，耐大劳，克服各种意想不到的困难，以坚韧不拔的革命精神，战胜炎夏酷暑、狂风暴雨、蚊叮蝇扰以及南方夏季流行的各种疾病，胜利完成党中央交给的任务。
8月12日，部队到达湖南衡山附近的南湾时，刘型接到王首道政委通知，立即到司令部开会，得悉中央电示：“苏军参战，日本投降，内战迫近。你们任务仍是迅速到达湘粤边与广东部队会合，坚决创造根据地，准备对付内战。”
会后，部队在夜色朦胧中出发。刘型是近视眼，晚上行军看不清，有时眼镜摔掉了，要在地下摸一阵才能找到。看到前面马撒的尿水反光，他问别人：谁掉了毛巾呀！碰到前面的牲口，他以为是人，忙叫：“同志，快走吧！”的确，夜晚行军对刘型来说是个苦差事。但他以苦为乐，充满革命乐观主义精神。同志们在行军途中讲到这些生活趣事，逗得大家哈哈大笑。
由于时局变化，蒋介石已电令国民党七、九两战区组成联军，妄图三面包抄夹击，将我军消灭在湘粤边境。南下支队必须迅速南进，与东江纵队会合。
部队8月中旬到达安仁车桥，遇顽敌布防，遂改道永兴石枧，以平均每天走七十里以上的速度行进。
在到资兴家洞的一天中，指战员连续翻过十四个山头，刚进入四都圩，即被顽敌发现，从四面八方包围过来。我军迅速向桂东以西的八面山区转移。这里崇山峻岭，几十里不见人烟，所有出口几乎都被敌人堵住，部队在大山里左冲右突，杀马充饥，依树躲雨，十分困难。王震和王首道下令坚决突围。
8月14日夜，全军神速行动，刘型和李立带着一批伤病员前进。他们咬着牙拄着棍子，爬山越沟，有时干脆就从陡坡上采取“滚石头”的办法往下滚。在饥饿、疲惫、睡的情况下，这批伤病员几乎把全身力气都使了出来，坚持没有掉队。刘型对王首道、李立说：“第一次长征也没有这样紧张，走得这样厉害。为了党的事业，只要还有口气，我们就要走到最后一步!”
8月25日，部队进入五岭山脉，宿营在一间好久没有住过人的房子里。山区寒冷，刘型和李立大胆地挤在两副棺材中间，躺下就睡着了。第二天在翻越帽子峰时。部队冒雨行军，在烂湿的黄泥道上，有几次刘型跌跤，滚下山坡，幸亏被树枝挡住，才化险为夷。他不仅高度近视，而且身体有病，行军越来越困难。为了保护干部，王首道动员他和其他伤病员留在群众家里隐蔽。他坚决谢绝组织的照顾，说：“我要跟着部队走，死都不离开部队!”
8月27日，部队刚刚与东江纵队取得联络，却发现国民党五个军前堵后追而来，形势十分危急，必须立即改变原来的会师计划。刘型参加了司令员、政委召开的会议，决定发电向中央请示。不久，即接到中央军委复电，批准了支队的方案。29日，南下支队开始突围北返。
9月初，南下支队经过上犹、崇义间的田庄时，遭到顽敌堵击，不得不从一个高山上突围往下冲。刘型的身体已经疲弱不堪，但仍然坚持随军突围。在半山腰上，他见到二支队副政委江勇为，诚恳地说：“我要尽最大的力量走下去，万一不行了的话，希望你回到延安见到毛主席时，替我问声好，就说刘型为坚决完成党中央交给的任务，死了也心甘!”
随军作家周立波记述当时情况时写道：“在梅岭山中，谁都吃了一些苦，但是刘主任是吃苦最多的人们中间的一个。……有一次，在崎岖的山路上，天下着雨，刘主任含笑的发问：钢铁是怎样炼成的？我们都没有回答，我们想，对于这问题，他是清楚的，人的钢铁，是从革命的熔炉里锻炼出来的。”
9月上旬，刘型随军冲过顽军的阻击线，经左安、七岭，回到了阔别16年的井冈山。在珠砂冲哨口河边的水潭里，他发现了几条鱼儿在水中漫游，便不由自主地停下来注视一会，想起井冈山斗争，他心潮澎湃，对身旁的战友们说：“过去红军在这儿，就有不少小鱼，现在鱼儿长大了，自由的范围也扩大了。我们为了人民的民主、自由、和平、幸福而奔波着，战斗着，成长着，今天的重逢是十分有意义的啊！”
通过永新拿山时，国民党用三个师的兵力分三路合击我军，情况很危急。刘型鼓励大家学习当年井冈山红军的战斗精神，克服一切困难冲过去。
三五九旅有不少干部、战士是从湘赣苏区出发长征的，他们的家属、亲人还在永新、莲花、乡、醴陵一带。刘型非常关心同志，找到保卫部副部长马廷士说：“到了你的家乡了，我这里有点钱，你想办法捎到家里去吧！”他还让一些同志就近看望了自己的亲属。然而他路过株萍铁路时，心里虽很想念老母亲和哥哥们，但却没有停留，继续随军前进。
10月3日，北返部队主力在湖北省黄安县庙基湾与先行北撤的部队会合，很快就和李先念率领的新四军第五师第二次胜利会师。加上从豫西撤出的豫西支队，共同组成了中原军区。
11月，刘型就任中原军区政治部副主任，王首道兼任主任。不久，王首道调走，刘型代理主任。
