3月1日，罗、朱、黎致电中央军委和“集总”的彭、滕、罗:“我们研究了分局委员本身分工的问题，同意陈光同志回延安学习……今后分局分工，由罗荣桓任军区司令兼政委，朱瑞任分局书记并帮助军区政治工作，黎玉任分局副书记并帮助军区建设工作，必要时轮流到附近各军区帮助工作，如何请彭、滕电示。”
3月5日，彭、滕、罗致电毛泽东，完全同意山东分局的意见。为了统一领导班子的需要，陈光退出山东分局，调离一一五师，就成为一种不得不作出的选择。3月12日，毛泽东、朱德、王稼祥致电罗荣桓，告知党中央已经决定由他担任山东军区司令员兼政委并代师长，陈光回延安学习。3月22日，八路军总部正式发布命令:“奉中央军委电令，实行一元化领导，决定山东军区与一一五师合并，并任命罗荣桓为军区司令员兼一一五师政治委员并代师长，黎玉为军区政治委员。原代师长陈光调延安学习。此令。”这样，陈光离开山东，离开一一五师，成了定局。
临行前，陈光语重心长地对同志们说:“我要去延安学习了。几年来的实践证明，罗荣桓同志是正确的。希望你们今后在他的领导下，搞好团结，好好工作。”
罗荣桓对陈光这位同他并肩战斗了5年的老战友也很有感情。罗荣桓很了解陈光，他作战勇敢，指挥果断，治军严格，秉性直爽，但有时也犯骄傲、急躁、固执等毛病。罗荣桓很尊重陈光，在指挥作战上总是支持陈光的正确决定，对陈光的缺点，也常作诚恳的交谈，善意地提出批评。
由于当时处在极为艰苦的战争环境中，陈光调延安学习一事属于机密，因此不能组织欢送活动。但对陈光回延安的各种保护性措施，罗荣桓还是进行了精心安排。3月下旬，陈光和史瑞楚带着他们两周岁的儿子东海，连同11个随员，一行14人，从莒县的胡子村出发，一路向西北奔赴延安。4月上旬，陈光一行回到延安。
陈光与罗荣桓再见面的时候，已是1945年10月底，地点是沈阳。抗战结束后，罗荣桓和陈光都先后到东北工作，不过此时他们已经无法作为搭档共事了。在东北，罗荣桓先后任东北民主联军副政委、东北局副书记、东北军区第一副政委、东北野战军政治委员，而陈光则属罗荣桓领导，和昔日陈、罗共同指挥大军作战的时代已经不可同日而语了。但两人深厚的友谊丝毫没有改变。
值得一提的是，在陈光冤案的平反问题上，罗荣桓的夫人林月琴起了很大的作用。1986年，在纪念长征胜利50周年之际，以林月琴为首的十几位老同志联名上书中共中央纪律检查委员会第一书记陈云，请求重新审查处理陈光的问题。1988年4月，中共中央恢复了陈光的名誉，撤销原定他“反党”的结论，正式恢复了他的党籍。
