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年二三月间，率部参加了长生口、神头岭、响堂铺3次著名战斗，有力地打击和钳制了日军，为创建晋东南抗日根据地作出了重要贡献。

    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24岁。

    徐向前在回忆录中对叶成焕给予了高度评价：我772团团长叶成焕身先士卒，不幸牺牲。“他是鄂豫皖时期参加红军的，作战勇敢、沉着，善于团结同志，在群众中有很高的威信。”