1905年生,辽宁省海城县人。1922年参加东北军,次年考入东北讲武堂。1925年毕业后曾任张学良的副官、秘书,东北军少校副官队长、师参谋处长、团长。1933年参加长城抗战,翌年任北平城防司令,抵制日军挑衅,支持一二九学生爱国运动。1936年任东北武装同志抗日救亡先锋队总队长,参加了西安事变。1937年5月秘密加入中国共产党,10月率东北军691团(他任团长)起义,任冀中人民自卫军司令员。挥师北上,受任八路军第3纵队兼冀中军区司令员,冀中行署主任,集中区总指挥部副总指挥,领导创建冀中抗日根据地,指挥军民创建了平原游击战争的辉煌战绩。 1943年8月奉命率冀中军区7个团和警备旅两个团开赴晋西北,11月任中共中央晋绥分局委员(次年春兼任分局对敌斗争委员会书记和分局审计委员会主席)、晋绥军区司令员,参与领导了大生产与大练兵运动,组织指挥边区军民在反“扫荡”、“挤敌人”斗争中,建立联防区,大摆地雷阵,谱写了晋绥抗战史上的新篇章。1944年部署发动秋季攻势作战,共进行大小战斗297次,攻克和挤退敌据点48处,毙伤日伪军900多人,俘千余人,收复村庄466个、国土 770余平方公里,解放人口5万余,受到中共中央、毛泽东的表彰。党晋绥八分区部队攻打汾阳城、协和堡时,中外记者西北参观团(8月30日从延安抵达晋绥访问,林枫、吕正操等在兴县接待并安排其活动)进行了实地观战,还参观了地雷网保护下的分区战地医院和兵工厂以及俘虏管理所,对晋绥军民的抗日斗争给予高度评价。 1945年夏出席中共七大,当选为中央候补委员,8月后任晋绥分局常委。按照中央指示和分局、军区的新部署,他兼任晋绥北线指挥部司令员,遂命令:绥蒙军区司令员姚喆、副司令员张达志分率所部对归绥实施包围;许光达带两个团会攻归绥;绥中游击部队配合主力占领陶林、武川等城镇;11分区游击部队进占归绥以东铁路沿线各点与铁路以南之各城镇;2、5分区游击部队与武川队分别就近攻取敌占城镇。各部队接令后,全面展开以归绥为中心的反攻作战。他亲率一个团日夜兼程赶赴前线,同许光达部合力攻克清水河县城,全歼守敌千余人。绥蒙军区部队将4000余敌包围于归绥城内迫其投降,却遭傅部与包头东退日军配合之内外夹击,故而撤出。历时10天的北线反攻作战,收复了陶林、武川、右玉、平鲁、朔县、清水河等县城,攻占了察素齐、毕克齐、旗下营、陶卜齐、白塔等火车站及归绥外围据点兵州亥和五寨境内至义井、李家坪据点,解放了大片国土和沦陷区人民,将日伪残部压缩于平绥铁路大同至归绥一线。9月中旬兼任中共雁门区委委员、雁门军区司令员,不久同林枫带一个兵团力和连以上干部400余人赴东北地区。 新中国成立后,任铁道部副部长、部长,铁道兵团副司令员,中央军委军事运输(兼抗美援朝运输)司令部司令员,总参谋部军事交通部部长,铁道兵第一政委、党委第一书记,中共中央军委委员,全国政协副主席,中央顾问委员会委员等职。1955年被授予上将军衔。著有《论平原游击战争》、《吕正操回忆录》等。2009年10月13日在北京逝世,享年104岁。