抗日战争时期，在没有八路军主力支援、远离中共山东分局、八路军山东纵队（山东军区）指挥中心的情况下，胶东区克服重重困难，自己动手创建、发展和壮大抗日武装。早在日军侵占胶东之前，中共胶东特委就领导发动了天福山·威海起义，成立了山东人民抗日救国军第三军。随后，各县党组织建立的抗日武装队伍，相继被编入“第三军”序列。1938年2月，中共胶东特委书记理琪亲率“第三军”第一大队及特务队奔袭牟平城、血战雷神庙，打响了胶东武装抗日第一枪。1938年3月，中共掖县县委领导发动了玉皇顶抗日武装起义，成立了胶东抗日游击第三支队。到1938年4月底，在不到两个月的时间里，“第三支队”就发展到三千七八百人枪；8月，“第三支队”接受整编，被编入“第三军”序列。9月18日，“第三军”在掖县沙河镇整编为山东人民抗日游击队第五支队（简称“第五支队”）。第五支队辖第六十一、第六十二、第六十三、第五十五共4个团，并辖机枪连、骑兵连、通信连等直属队。全军共有近8000人。12月，改称八路军山东纵队第五支队。“第五支队”的成立，不但标志着共产党领导的胶东各抗日武装达到空前的统一，也使胶东八路军的建设开始走上正规化。1940年9月18日，“第五支队”改编为八路军山东纵队第五旅（简称“第五旅”）。原胶东特委军事部在经历了苏鲁豫皖第三军区、山东省第三军区后，改编为新的八路军山东纵队第五支队（简称“新五支队”）。1941年8月，中共山东分局和山东纵队指示“第五旅”驻胶东西部，领导北海、西海、南海3个指挥部，“新五支队”驻东部，并领导东海指挥部。1942年7月1日，成立胶东军区，以“新五支队”机关为基础组建胶东军区机关，军区直辖第十六、十七团、胶东抗大以及四个军分区，并统一指挥“第五旅”。1943年3月，“第五旅”与胶东军区合并，撤销“第五旅”建制，成立统辖胶东主力部队、地方部队的新的胶东军区。胶东军区下辖第十三、十四、十六三个兵员充足的主力团及一个教导团、四个军分区。
为了将侵略者赶出中华大地，胶东八路军机智灵活运用游击战术，积极打击日伪军，进行反“扫荡”、反“蚕食”、反封锁、反掠夺，创建、巩固和发展了抗日根据地。为了坚持抗日民族统一战线，胶东八路军对国民党投降派的进攻进行了有理、有利、有节的自卫还击，同时，大胆放手发动群众，壮大人民抗日力量。在“独立自主的山地游击战”、“基本的是游击战，但不放松有利条件下的运动战”等作战方针、原则指引下，胶东八路军执行了首先控制山区、依托山区向平原发展，逐步打通与清河区、滨海区联系的具体方针，采取敌进我进的作战手段，逐渐从游击战发展为带有游击性的运动战与以爆破和突击相结合的对城堡攻坚战，同时还组织了武装工作队，深入敌占区开展斗争。
抗战期间，胶东八路军部队对日伪军作战7590余次，攻克日伪军据点425处，毙伤俘日伪军13.4万人，占山东抗日根据地军民歼灭日伪军总数的25%。无论是作战次数，还是毙伤俘日伪军总数，胶东区在山东抗日根据地都是最多的。这也是胶东区实行了精兵简政、主力地方化，主力部队、地方武装和民兵三位一体的政治、军事、经济、文化相结合的人民战争，取得的丰硕成果。
经过抗日战争血与火的砥砺，到抗战大反攻时，胶东八路军主力发展到两个师（山东军区第五师、第六师）、两个警备旅（山东军区警备第四旅、第五旅）和一个海上支队，总兵力近三万人；民兵发展到22万人，自卫团达到八十余万人，分别占山东抗日根据地民兵、自卫团总数的44%、53%。
抗战胜利后，胶东陆续走出了第41、27、31、32军四支战功赫赫、功勋卓著的解放军部队。目前除32军外，其他三个军已发展成集团军仍在建制，占解放军现有18个集团军的六分之一。
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