1937年12月前往纽约向国际援华委员会报名,并主动请求组建一个医疗队到中国北部和游击队一同工作.
1938年1月2日,他带着足够装备几个医疗队的药品和器材,从温哥华乘海轮前往香港.
1938年3月31日,率领一个由加拿大人和美国人组成的医疗队来到中国延安,毛泽东亲切接见了白求恩一行.
1938年8月,任八路军晋察冀军区卫生顾问 .
1938年11月至1939年2月,率医疗队到山西雁北和冀中前线进行战地救治,4个月里,行程750千米,做手术 300余次,建立手术室和包扎所13处,救治大批伤员.
1939年7月初,回到冀西山地参加军区卫生机关的组织领导工作.创办卫生学校,培养了大批医务干部；编写了多种战地医疗教材.
1939年10月下旬,在涞源县摩天岭战斗中抢救伤员时左手中指被手术刀割破感染.
1939年11月12日凌晨,因手术中被细菌感染转为败血症医治无效,在河北省唐县黄石口村逝世.
