1937年3月，包森被派往中国人民抗日军政大学学习。七七事变后，他从延安随八路军奔赴华北抗日前线，在晋察冀抗日根据地独立1师任33大队总支部书记。1938年6月率40多人在河北兴隆一带开辟抗日游击区。任职期间，包森率部英勇作战，历经大小战斗数十次，歼灭日、伪军数百人，缴获枪支数百支。不久，包森被任命为冀东军分区副司令员。
  1939年4月，包森率部在遵化城东北活捉日本天皇表弟宪兵大佐赤本，一时震惊日本朝野。同年秋，包森任八路军第13支队副司令员。
  1940年2月，包森率部到达盘山，全力开辟盘山抗日根据地。6月下旬设伏白草洼，与日军激战14个小时，全歼日军一个骑兵中队，首开冀东整连全歼日军战斗的先河。同年秋，冀东军分区13团正式组建，包森任团长。经一年浴血奋战，盘山地区建立了七个联合县政府，境内人口200多万。
  1941年春，包森率部参加反“治安强化运动”。同年秋，冀东军分区打击伪治安军的作战行动开始后，包森多谋善断、英勇果敢，在他的指挥下，部队打了一个又一个漂亮仗。其中1942年1月燕山口内果河沿一役，包森以七个连的兵力，毙俘敌伪中佐以下官兵近千人，创造了以少胜多、以弱胜强的奇迹。当时在冀东一带包森的大名妇孺皆知，人们亲切地称他“包队长”“包司令”“包团长”。而敌人则把他视为克星，伪军们口角，常以“出门打仗碰上老包”为咒。
  包森在与日伪军短兵相接的战斗厮杀中，不止一次负伤挂彩，但他早已将生死置之度外，每次都坚守在战斗指挥的最前线。1942年2月17日，包森带领部队住在遵化县西北20里的野虎山时，遭到日军田中大队和“伪满洲队”的突然袭击，在指挥战斗中，包森胸部中弹不幸牺牲，时年31岁。
  新中国成立后，为了纪念和缅怀包森烈士，河北石家庄华北烈士陵园、天津盘山烈士陵园、北京平西烈士陵园等地，先后建立了包森烈士陵寝和纪念碑。2009年，包森故居被命名为蒲城县爱国主义教育基地，成为当地青少年学习和传承革命传统的重要阵地，每逢清明，都会有大批群众和党员干部前来瞻仰学习。