早飯後，聶榮臻親自送唐延傑，一起步行來到葉挺獨立團。由此唐延傑當了一名軍人。

在紅軍時期，唐延傑較長時間在紅三軍團，聶榮臻在紅一軍團。唐延傑地位不高，在紅三軍團當後勤參謀之類。兩人交往不多。

1935年9月，唐延傑升任陝甘支隊（由紅一方面軍改編）司令部管理科長。可一直在機關工作的他總希望去戰鬥部隊。有一日，願望終於實現了。黨中央派他去紅28軍當軍參謀長。這令唐延傑大喫一驚，說：“我去就當個參謀吧。”

周恩來說：“紅28軍只缺一個參謀長，你去只能當參謀長。”

唐延傑只好去了。

1937年全面抗戰爆發，唐延傑去了八路軍總部擔任副官長，爲左權的助手。9月25日，八路軍115師取得平型關大捷。左權下令他把戰鬥中繳獲的武器、彈藥和重傷員送往陽泉。唐延傑僱了民夫與車馬，帶着總部警衛排護送。在他交接完畢正準備返回時，突然接到左權的緊急信：

“目前形勢嚴重，忻口很快要失守，總部準備南下長治。朱、彭、任首長和我都同意你到聶榮臻那裏工作。你即可轉回五臺，找聶榮臻。警衛排到長治歸隊。”

10月25日，唐延傑趕到太原八路軍辦事處，被告知： “現在太原的人員、物資正在撤退，你可取道步行直接去五臺。”

第二天一早，唐延傑冒着日軍飛機的轟炸，帶警衛員離開太原。在路上，他收容了總部機關南下掉隊的謝光堂等四名小戰士，一同趕到河東村，與115師副師長聶榮臻會合。

原來，黨中央已經決定成立晉察冀軍區，由聶榮臻擔任司令員兼政委，唐延傑當參謀長。聶榮臻高興地說：“小唐，我們今後就要一起工作了。”

唐延傑誠懇地說：“參謀長我可當不了。”

“我一人身兼數職，既是電話員，又是參謀，又是副師長。”聶榮臻說，“你當過軍參謀長，還說當不了，現在缺人，即使當不了也要當。”

11月7日，晉察冀軍區在山西五臺縣正式成立，聶榮臻任司令員兼政委，舒同任政治部主任，唐延傑任參謀長，下轄四個軍分區。但軍區無副司令員、副政委。就這樣，唐延傑成了軍區三把手，也是聶榮臻軍事上的第一助手。

但是，唐延傑一直很謙虛，多次要求由其他人擔任參謀長，他爲副職。聶榮臻都沒有答應。

1938年，黨中央調郭天民到晉察冀軍區工作，唐延傑又提出由郭當參謀長，他當副參謀長。黨中央沒有批准。

12月，軍區軍政幹校撤銷，唐延傑再次向聶榮臻推薦校長孫毅出任參謀長。1939年1月，孫毅被任命爲參謀長，唐則改任副參謀長。不久，孫毅走了，唐延傑還是堅持當副參謀長。黨中央又派聶鶴亭爲參謀長。1940年12年，聶鶴亭回延安學習，唐延傑再次擔任軍區參謀長。

這是唐延傑第二次爲聶榮臻當參謀長。

在抗戰期間，唐延傑是晉察冀軍區司令部幾位主要領導中唯一至始至終與聶榮臻在一起的，前後整整9年多。1946年6月全面內戰爆發後，唐延傑堅決要求到前線去指揮作戰。可是，好幾次提出均未實現。

後來，他還鬧了“思想問題”。聶榮臻看他態度堅決，只好同意了他的要求。1947年春，唐延傑被任命爲冀晉軍區司令員。與此，唐延傑才離開聶榮臻。

不過，他還是聶榮臻的部下。

兩年後，1949年5月，聶榮臻又把唐延傑調回了自己的身邊，擔任華北軍區參謀長兼平津衛戍司令部參謀長。

這是唐延傑第三次給聶榮臻當參謀長。

後來，聶榮臻去了總參謀部，代總參謀長，唐延傑則一直在華北軍區。

在六七十年代，聶榮臻分管國防科技工作，唐延傑也在國防科研部門負責，先後擔任過國防部第六研究院院長、國務院三機部副部長、國防科委副主任等職。

1988年7月31日，唐延傑在北京病逝。當天，他的老上級、老戰友聶榮臻就發唁函，沉痛悼念，並高度評價了唐延傑的一生。有人說：“聶榮臻元帥手下有兩員最得力的大將，武是楊成武，文是唐延傑。”其實，唐延傑是“又文又武”、文武雙全。

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