1945年抗战胜利后，上级命令各根据地部队挺进东北。在大部队正式进发之前，李运昌率领的冀热辽军区部队已经先行抵达东北，并分三路展开部队扩编工作。短短几个月时间，他带领的部队从一万多人迅速发展到十万人，曾克林部队也扩充到了八万人。
部队挺进东北后，由于上级规定不能继续使用原有番号，所有部队统一改编为东北人民自治军。林担任司令，吕正操担任第一副司令，李运昌担任第二副司令，周保中担任第三副司令，萧劲光担任第四副司令兼第一参谋长。
这四位副司令都具有较大的影响力。吕正操原本是东北军出身，这里是他的家乡，将他安排在要职，有利于开展统战工作；李运昌原本是晋察冀军区下辖的冀热辽军区司令，他率先挺进东北，带领的部队已有十万之众，并且有相当的威望；周保中是东北抗联负责人，他与苏联红军一同进入东北，并迅速指挥部下分赴各地展开工作；萧劲光原先在山东军区担任副司令，此次调往东北，职务自然不能太低。
在随后的工作中，李运昌后来被调离，前往新成立的冀热辽军区担任副司令，同时兼任热河省主席。李运昌回忆这段经历时，表示自己当时感到非常委屈。
展开剩余65%因为他的部队是率先进入东北的，并开展了部队扩编工作，同时还从苏军手中获得日军仓库，将武器取出，用于武装新扩编的部队。当时形势对我方有利，苏军也给予支持。李运昌向上级汇报时，强调这里的新武器非常充足。上级在了解情况后，通知各部队可以将武器留在根据地，然后徒手前往东北接收新武器。这样一来，根据地有武器，挺进东北的部队也能获得新装备，本应是一件好事。
然而，计划赶不上变化，苏军后来将日军仓库收走，导致部分挺进东北的部队没有武器可用。例如，新四军第三师接到命令，要把武器留在苏北和山东。黄克诚认为必要的武器还是要随身携带，以应对途中可能的危险，但也在山东和苏北留下一部分武器。由于他们进入东北稍晚，到达锦州时几乎没有装备，只剩下一些弹药。
因此，新四军第三师和山东军区的部队对李运昌产生不满，认为他掌握武器却不分发，实际情况是，很多部队来要武器时，是先到先得。除了前往东北的部队，冀热辽部队也来领取。由于当时形势混乱，具体收缴了多少武器无法精确统计，也没有完整登记，但初步估计约有十万支。大致分配情况是：新部队扩编使用了几万支，359旅、警一旅、山东二师、七师及集中部队也获得了一部分，此外还给了新四军第三师一些。
因为部队分批进入东北，李运昌对前来部队的具体情况不完全了解，导致部分部队产生误解：新兵用新枪，老兵用老枪，大家都觉得委屈。他向聂老总汇报工作，说明部队和武器都已送到东北，为何最后还会出现山头主义的现象。
不过，萧劲光作为参谋长，在后续工作中对部队进行了合编，让新部队与老部队结合，由老兵带领新兵作战。他将冀热辽的十万部队分配给东北部队，通过合编，问题逐渐得到解决。
随着敌军从葫芦岛和营口登陆，占领锦州，李运昌等人不得不转移。后来全面内战爆发后，他被选为热河省主席，同时兼任冀热辽军区副司令。冀热辽军区隶属于晋察冀，萧克为司令，程子华为政委。
不久后，张家口保卫战打响时，萧克率部回晋察冀，程子华负责军政工作，因军事事务繁忙，安排李运昌担任副司令协助工作。
1947年，冀热辽扩编为冀察热辽并划归东北军区，李运昌依然担任副司令，同时兼任省主席。
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