1936年9月12日，时任红31军第93师政治委员的叶成焕与另外两名师首长一起，在甘肃通渭县给驻守界石铺的红一方面军先遣队写了一封信，表达了对三大主力红军会师后中国革命前途的美好憧憬。
抗日战争爆发后，叶成焕任第129师第386旅第772团团长。率部先后参加了长生口、神头岭、响堂铺等着名战斗，为129师在抗战初期的“三战三捷”作出了重大贡献。9月，按照中共中央关于在山西敌后建立抗日根据地的战略部署，率领第772团东渡黄河，向太行山地区挺进。10月26日和28日，在刘伯承的亲自指挥下，叶成焕率部在山西平定县七亘村重叠设伏，仅以伤亡30余人的代价，取得了歼敌400余人的重大胜利，给进犯太原的日军以沉重打击。11月2日，率部参加黄崖底战斗，和兄弟部队一起，歼灭日军第109师团300余人，击毙骡马300余匹。
1938年4月初，日军调集3万余人分9路向晋东南抗日根据地大举进犯，遭八路军顽强抗击。4月15日，侵占武乡县城的日军3000余人，北犯榆社扑空，兵疲意沮，只得折回武乡，当日黄昏又放弃武乡，连夜沿浊漳河东撤。刘伯承决心抓住这一有利战机，集中优势兵力迅速发起追击，在运动中将其歼灭。叶成焕率第772团等部为左纵队，沿浊漳河北岸山地实施追击。16日晨，与兄弟部队一起在武乡以东的长乐村将东撤的日军大部截住，迅即发起攻击，将日军截为数段，压缩到狭窄的河谷里。至17时，第129师部队已将被围困于河谷里的日军基本歼灭。
这时，有千余敌人从辽县来援。鉴于全部歼灭该敌已无把握，刘伯承决定以一部兵力迷惑牵制敌人，主力立即撤出战斗。叶成焕接到命令后，一面指挥部队打扫战场，装运战利品，迅速撤离；一面跑上一个高坡，观察敌人增援部队的情况，看看有没有机会消灭一部分援敌，完全把自己的安危置之度外。突然，一颗子弹射中了他的头部，于18日凌晨壮烈牺牲，年仅23岁。在同一场战斗中，副团长也英勇负伤，就是后来的一代战将王近山。www.gs5000.cn
全国解放后，叶成焕烈士的遗骨被迁到河北省邯郸市晋冀鲁豫烈士陵园安葬。
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