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在第五次反"围剿"作战中，宋时轮受伤，留医江西军区。由于对邓、毛、谢、古遭受政治上的严重打击感到痛心，宋时轮在治伤过程中产生离开江西军区到主力部队工作的想法。伤愈后，他几次向陈毅请求去红军大学学习，得到批准。

1934年初春，宋时轮踏进了红军大学的校门。红军大学设高级指挥、上级政治、上级指挥、上级参谋4个科，宋时轮被编到上级参谋科。

宋时轮被开除党籍一个月之后，鉴于他的考试成绩非常好，红大决定将他从上级参谋科转到上级指挥科学习。不久，宋时轮在考试中又取得优异成绩，红大决定调他担任上级指挥科的军事教员。

1934年10月，红军长征出发前，为适应新形势的需要，中央军委决定组成红军干部团，红军大学编为干部团上级干部队。

===解放战争===

1946年6月解放战争开始后，宋时轮一直是陈毅元帅的得力助手和部下，历任津浦前线指挥部(陈毅任司令员)参谋长、山东野战军(陈毅任司令员兼政委)参谋长、华东野战军(陈毅任司令员兼政委)第10纵队司令员、第三野战军(陈毅任司令员兼政委)第9兵团司令员等职，率部南征北战，先后参加了莱芜、孟良崮、济南、淮海等一系列重要战役，打了许多大仗、硬仗，为赢得历次战役的胜利作出了重要贡献。

1948年6月中旬，粟裕决定首先攻占开封，尔后聚歼援敌。为配合开封战役，宋时轮奉命率华野第10纵队进到河南上蔡地区，协同中原野战军一部，阻击由平汉路东侧北进的蒋军胡琏兵团，与敌血战6昼夜，保障了开封之战的胜利。紧接着，为保证华野主力消灭河南睢县、杞县地区的区寿年兵团，他又率部进入杞县城。6月29日，被称为蒋军"五大主力"之一的邱清泉兵团之第5师、第70师向杞县城东南的桃林岗阵地发起攻击，宋时轮指挥部队顽强阻击，经过7昼夜激战，歼敌5000余人。这一在华野军史上有名的桃林岗阻击战，受到了华野首长的高度评价。

1949年2月，中国人民解放军实施统一整编，宋时轮任第3野战军第9兵团司令员。他率部南下，与第7兵团组成中突击集团，参加渡江战役，在安徽裕溪口至棕阳镇地段实施渡江。宋时轮指挥作战一贯深入实际，知彼知己。渡江前，他亲临第一梯队调查研究，提出了第9兵团于4月20日夜与打黑沙洲的部队同时全部渡江的建议，得到总前委的充分肯定。实践证明，这一建议完全符合中央军委和总前委的意图，实现了渡江作战的突然性，保证了部队渡江一举成功。4月20日晚，中突击集团首先发起渡江，顺利突破敌之江防。沿江之敌纷纷向南溃逃。尔后，宋时轮遵照粟裕的命令，紧紧掌握追击必须快速的原则，除组织一部分部队肃清沿江残敌外，其主力日行百里，昼夜兼程向东疾进，按时进到吴兴，与第10兵团封闭了敌南逃通路，经两昼夜激战，将溃散的国民党5个军全歼于郎溪、广德地区。

===抗美援朝===

1950年11月率部参加抗美援朝战争，任中国人民志愿军第9兵团司令员兼政治委员，11月7日，第9兵团第20、第26、第27军在夜幕下隐蔽入朝，徒步穿行于高山密林中。21日，15万人秘密集结到长津湖等地区，埋伏在美军眼皮底下。西方军史学家后称之为"当代战