1940年1月，奉新四军军部命令，黄火星率领三团开赴铜(陵)繁(昌)地区抗日，受第三支队指挥。年底，以三团为基础发展组建了新三团，并成立了新二支队。黄火星任支队政委，周桂生任支队司令员。
黄火星中将
1941年1月4日，驻皖南的新四军九千余人在叶挺、项英率领下，分别从泾县云岭等地出发，遵令向北转移。国民党反动派却调集七个师八万多人，发动对我新四军北移部队的围歼。一手制造了震惊中外的“皖南事变”。
在这次转移中，新四军北移部队编为左、中、右三路纵队(又称第一、二、三纵队)。新二支队编为中路纵队。黄火星任中路纵队政委，周桂生任司令员。军部和东南局机关及教导总队随中路纵队前进。
1月4日午夜，叶挺、项英等军部领导人与黄火星、周桂生率领的新二支队部同时渡过青弋江，于5日到达茂林地区。6日，黄火星、周桂生参加了军部召开的各支队首长紧急会议，会议决定各支队黄昏行动，叶挺指示中路纵队在拂晓以前一定要攻克丕岭。
根据军部会议精神和叶挺的指示，黄火星、周桂生即令老三团三营为前卫，担负攻克丕岭的任务。三营以干脆利落的动作，于次日拂晓前攻占了丕岭。随即猛扑星潭，在坑口遭到顽军四十师一二〇团二个营的狙击。敌以火力封锁道路隘口，我军迅速抢占两旁高地与敌对峙。下午三时半，黄火星亲临前线指挥，不幸敌人的一颗子弹射进他的大腿。警卫员扶他下山上药后，劝他休息一下，他猛地从椅子上站起来，拄着拐杖就走。
当他返回阵地时，叶挺、周子昆正在前线亲自指挥。叶军长决心不惜一切代价攻下星潭。黄火星当即向军长请战：“以新三团张玉辉营为前卫,你下命令吧!我们负责坚决打!"晚上九时，担任主攻星潭的新三团一营打进了星潭。由于项英坚持部队后撤，致使驻守星潭的一营一连没有后援而遭损失。
9日下午，军部决定从高坦翻过东流山到石井坑，向北突围。黄昏后，黄火星组织中路纵队向石井坑转移。当晚，他来到军部，发现叶军长身边也没有部队。项英、袁国平、周子昆等人已于8日深夜丢下部队不辞而别。
形势越来越危急，叶挺非常沉着，对黄火星说：“今晚就在这里休息，待天亮再来处理。”第二天早饭后，项、袁、周又返回了军部。接着，黄火星参加了由叶挺、饶漱石主持召开的会议。继续研究突围问题。
新四军部分指挥员，左起：副参谋长周子昆、参谋长张云逸、军长叶挺、政委项英、曾山
11日，黄火星、周桂生根据会议的决定组织新、老三团从石井坑向茂林方向东村岗发起猛攻，希图打开突破口突围，而顽军新七师和一四四师组织整营整连的反扑，从拂晓一直激战到黄昏，突围未能成功。
12日拂晓，顽军再次发起总攻。下午五时左右，石井坑我军东北主阵地白山和西南的制高点东流山先后失守，军部完全暴露在敌火力之下。这时,黄火星和教导总队政委余立金、右路纵队司令员张振坤纷纷跑到山上来向叶挺请示下一步的行动方案。叶军长沉着地对大家说：
“现在开始分散突围，突围的方向自己选择，可以到苏南、江北，也可以到微州打游击。你们都是共产党员，愿意当突围司令的，都当突围司令吧!”
黄火星返回支队部后，立即召集干部会议，传达军部突围命令，决定本支队分左右两路向西北方向突围，支队部随右路之后，跟进突用。
当夜，右路首先突围，大部分战士壮烈牺牲。少数沿高地山腰向西北方向冲出重围。黄火星、周桂生等人被敌人火力隔断，阻于香炉东以东凹地。此时，部队弹尽粮绝，队伍全部被冲散。黄火星当即率通讯员、侦察员及机要员与军部联络，联络中断。随后他与张永隆、刘别生率领的军部警卫排百余人会合后，由东流山嘴突围,冲破十四条封锁线，于18日晚到达长江岸边一个村里，这时已只剩下七十余人。
项英、周子昆藏身的蜜蜂洞
日军早已对长江实行了严密的封锁。幸而他们在村子里找到党的一个联络站，地下党支部的同志划着一只木盆连夜偷渡过江，请江北游击队派来了一条木船，将他们连夜接过江去。
在这七天七夜的浴血奋战中，黄火星在坑口遭遇战中被敌军枪弹击伤的大腿肿得像小水桶一般粗。他拖着伤腿指挥战斗，颠颠跛跛、半走半爬地坚持突围到江北。腿中的弹片直到建国后才在上海华东医院取出。
黄火星突围到达无为县后，立即前往江北游击纵队，向曾希圣、孙仲德报告了皖南事变的经过，并将随身携带的三百多块光洋全部交给了组织。
皖南事变后，中央军委发布了重建新四军军部的命令，将华中各地的新四军部队统一编成七个师，任命陈毅为代军长，刘少奇为政治委员。根据军委和军部的命令，皖南突围部队与在江北分散活动的几支部队汇合，组成新四军第七师，由张鼎丞任师长(未到职)，曾希圣任政治委员。
新四军七师部分领导干部在陶庄，右一为曾希圣
为了组建第七师，黄火星与孙仲德、李步新等一起，协助曾希圣负责收客和整编陆续分散突围过江的部队。一天，二十多名劫后余生的战友,突围来到江北，与黄火星重逢。这些在敌人枪林弹雨中从未退却的战士，此时却泪流满面。黄火星抹了一下眼泪，坚定地对大家说：
“大家突出来就是胜利，不要悲观，要坚持干下去，革命一定会胜利。
此后黄火星历任新四军七师十九旅五五团政委、团长、七师政治部副主任、皖南地委书记、支队政委、和含支队政委。1944年7月，黄火星奉调参加华中党校的整风学习，华中局根据黄火星的一贯表现，授子他“华中模范共产党员”的光荣称号，颁发银质奖章一枚。
1945年6月，黄火星在华中党校学习结业后，调任七师十九旅政委至抗日战争结束。
新中国成立后，他担任共和国首任军事检察院检察长，1955年被授予中将军衔。
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