1934年春，陳誠辭去第十八軍軍長兼職，由羅卓英繼任第十八軍軍長，劉紹先任副軍長。下轄：第十一師，黃維（後彭善）任師長；第十四師，霍揆彰任師長； 第六七師，傅仲芳（後李樹森）任師長；第九四師，朱懷冰任師長。1935年，第十八軍調駐浙江，參加了紅軍主力長征後對留在贛省的紅軍游擊隊的“清剿”等作戰。

1937年7月，抗日戰爭爆發後，第十八軍隸屬國民革命軍第十五集團軍，羅卓英任軍長，轄第11師，黃維任師長；第十四師，霍揆彰任師長； 第六七師，李樹森任師長；第九四師，朱懷冰任師長。淞滬會戰爆發後，第十八軍奉命增援上海。8月15日，第九四師率先趕到上海，其餘各師亦陸續趕到，參加寶山、羅店、瀏河一帶的防守。此時，陳誠任第15集團軍總司令，羅卓英任副總司令兼第十八軍軍長。淞滬會戰後，第十八軍奉命撤離上海，退至蘇、皖、浙邊區進行休整。同年10月，第十八軍第九四師轉隸第七集團軍。

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1940年5月，朱懷冰第97軍在進攻八路軍的作戰中被八路軍殲滅大部後，其殘部編成第94師（劉明夏任師長）列人第14軍建制序列。1943年3月，陳鐵升任第4集團軍副總司令，第85師師長張際鵬升任該軍軍長。1945年2月張際鵬他調，余錦源接任軍長職。同時，該軍原轄第94師被裁減，另將第93軍第10師改隸該軍。

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抗日戰爭結束後，第十六軍移防北平，原轄預備第1師改編為第二二師 ，馮龍任師長；預備第3師改編為第九四師，陳鞠旅任師長；第109師，朱光墀任師長。1946年，第十六軍參加了古北口戰役、張家口戰役、進攻晉察冀解放區的姚村戰鬥、第一次保北戰役等作戰。在進攻張家口戰役和第一次保北戰役中，第109師被人民解放軍殲滅大部。1947年初，第十六軍軍長李正先升任第34集團軍總司令後，由青年軍第203師師長袁樸繼任第十六軍軍長，第109師師長朱光墀升任副軍長，郭崇義任參謀長。1947年7月至1948年6月，第十六軍先後參加了大清河北戰役、清風店戰役、冀熱察戰役。在大清河北戰役中，第十六軍第二二師、第九四師、第109師被人民解放軍各殲一部。1948年9月至同年底，第十六軍在  第四兵團編成內，參加了察綏戰役、平津戰役等作戰。其中，第二二師在平北地區被人民解放軍殲滅兩個團，第二二師師長黃劍夫乘飛機逃回南京；第九四師在平綏線康莊地區被人民解放軍殲滅了1個團，該師師長周士贏等人乘飛機逃回南京。1949年1月初，第十六軍軍長袁樸、副軍長馮龍由傅作義派飛機送回南京。餘部在傅作義的領銜下，接受人民解放軍的和平改編，其軍部被編入人民解放軍第65軍軍部。