西路军失败后张琴秋被俘，后经党中央营救出狱回到延安。

1936年7月，在红四方面军第三次过草地之前，张琴秋与红四方面军总政委陈昌浩结婚。1936年10月，红四方面军一部两万余人组成西路军，进入甘肃河西走廊。已怀孕的张琴秋作为西路军组织部长，担负着繁重的干部调配工作。不久，担任西路军军政委员会主席的陈昌浩要西路军政治部主任李卓然把张琴秋送到西路军总医院去，以使她安全分娩。

由于敌众我寡，西路军虽英勇杀敌，但仍难以摆脱失败的命运。1937年3月14日，陈昌浩在甘肃石窝山南麓主持召开了西路军军政委员会的最后一次会议，包括张琴秋在内的二十多位师团级干部参加。陈昌浩宣布:军政会决定西路军军政委员会主席陈昌浩和西路军军政委员会副主席徐向前两位首长离开部队，突围回陕北延安，向党中央汇报，由李先念、李卓然等负责指挥西路军余部突围。当晚，陈昌浩和徐向前悄然离开了部队。临别时，鉴于西路军失败，陈昌浩心情十分沉重，他没有与张琴秋说什么话。

张琴秋在分散突围中被俘，“马家军”审讯她时，战友怕她那南方口音暴露身份，抢着替她回答说叫苟秀英，四川人，45岁，伙夫。就这样，张琴秋在战友的掩护下，暂时躲过了劫难，被押送到西宁羊毛厂做苦工。但不久，因叛徒告密，张琴秋的身份暴露了。当敌人知道她原来就是早已闻名的红军女将领张琴秋时，顿时欣喜若狂，感到“立大功”的时机已经到来，立即派人悄悄地把她和其他两位女战士一道押送南京邀赏。

1937年8月，张琴秋被押解到南京，关在“首都反省院”。不久，参加国共谈判的周恩来经与敌人交涉，将张琴秋等一大批干部接出狱。10月，经历劫难后的张琴秋回到了延安。回到延安，张琴秋犹如久离母亲的孩子回到母亲的怀抱，倍感到党的亲切、组织的温暖。她看到延安蓬勃发展的革命形势，激动得热泪盈眶，迫不及待地向组织要求工作。

在张琴秋的多次请求下，她被安排到中央党校进行短期的学习。1938年春学习结束后，她被分配到安吴堡青年训练班任生活指导处主任，后调抗大女生大队任大队长。在抗大女生大队期间，张琴秋管理着五个分队的七八百人的学习、训练和生活。当时延安经常遭日军飞机的轰炸。女生大队地处清凉山，山高目标显，时刻都有遭到敌人空袭的可能。张琴秋沉着果断，以她多年丰富的组织领导经验，在短时间内作出了巧妙而周密的安排。每天一大早，她就指挥各分队学员带上干粮，分散到事先划分好的山沟中去上课。等到太阳落山时，响亮的号声又召唤她们回到学校住地。这么大一支队伍被她安排得有条不紊，保证了大家的安全和学习、训练的正常进行。

不久，张琴秋又调到王明兼任校长的中国女子大学任教育长。1939年“三八”妇女节纪念大会上，毛泽东倡导建立女子大学，并个人捐赠300元钱作为女大的筹建资金。张琴秋不仅是个经验丰富的组织领导者、训练有素的军事教官，而且也是个出色的教育行家。在校党委的领导下，张琴秋充分调动全校教职员工的积极性，和教师们一起安排制定教学计划。为保证教学计划的顺利执行，她除自己兼课外，还在百忙中抽时间深入课堂听课，收集意见，并及时将意见转达给教师，使女大的教学质量不断提高，受到同学们的好评。