1938年4月初抵达延安。不久，毛泽东在凤凰山麓的住处亲切会见了这位不远万里来到中国的国际主义战士。在延安住了一个月，他视察了边区医院，参观了政府机关，给抗大学员作报告，给中央首长和战士、农民看病。他用惊异的目光观察着周围的一切。他观察到延安和他在汉口看到的是截然不同的两种现象，“在延安，我见到了一个崭新的中国!”

1938年5月，白求恩率领援华医疗队奔赴晋察冀边区，投身战火纷飞的敌后战场，以其精湛的医疗技术和奋不顾身的牺牲精神救护负伤的抗日将士，为建立和改善晋察冀边区医疗工作作出巨大贡献。他曾在69个小时内作了115次手术，甚至在炮火轰击的情况下也未中断。

党中央十分关心白求恩的生活，毛泽东亲自打电报指示每月发给他100元津贴。接电的第二天，白求恩就复电谢绝。当组织上将钱再次送去时，他又如数退了回来，并附了一封信：“在其他大夫每月只拿一元，而司令员自己每月只拿五元这样一笔‘巨款’的时候，如果认为我能接受每月一百元的津贴，是不可思议的。”

12月1日，延安各界举行白求恩博士追悼大会。毛泽东写了“学习白求恩同志的国际精神，学习他的牺牲精神、责任心与工作热忱”的挽词。同日，为永久纪念白求恩，设在延安的八路军医院更名为“白求恩国际和平医院”。

12月21日，毛泽东同志为八路军政治部、卫生部将在1940年出版的《诺尔曼·白求恩纪念册》写下了《学习白求恩》一文。对白求恩同志无私奉献的共产主义、国际主义精神作了高度评价。他指出：“白求恩同志毫不利己专门利人的精神，表现在他对工作的极端的负责任，对同志对人民的极端的热忱。每个共产党员都要学习他。不少的人对工作不负责任，拈轻怕重，把重担子推给人家，自己挑轻的。一事当前，先替自己打算，然后再替别人打算。出了一点力就觉得了不起，喜欢自吹，生怕人家不知道。对同志对人民不是满腔热忱，而是冷冷清清，漠不关心，麻木不仁。这种人其实不是共产党员，至少不能算一个纯粹的共产党员。从前线回来的人说到白求恩，没有一个不佩服，没有一个不为他的精神所感动。晋察冀边区的军民，凡亲身受过白求恩医生的治疗和亲眼看过白求恩医生的工作的，无不为之感动。每一个共产党员，一定要学习白求恩同志的这种真正共产主义者的精神。”