1935年春，红二、六军团又在大庸会师，红军扩编，18师新增54团，张辉调红十八师第五十四团任团长，期间他率部参加了开辟湘鄂川黔革命根据地的斗争。11月，张辉又调到新编的红十六师第四十六团任团长。11月19日张辉随红十六师告别了湘鄂赣川黔根据地，随红二、六军团开始了长征。在长*途征**中，由于张辉英勇善战，具有优秀的指挥才能，他被提升这红十六师任师长。
1936年4月，张辉率红十六师随红二、六军团来到金沙江畔准备渡江，可金沙江的各个渡口早已被国民*党***队军***锁封**了，江面上已见不到一只船了。而金沙江是长江的上游，两岸都是崇山峻岭、江涛汹涌、水深流急，只有为数不多的几个渡口才可以通过，因而自古以来有天险之称。而红二、六军团采取了声东击西的战术，打乱了敌人的部署。此时，红二、六军团以佯攻昆明，使滇军从金沙江防线撤出回救昆明时，红二、六军团却又突然向滇西挺进，为了争取时间早日渡江，贺龙、任弼时将红二、六军团分为左右两路，于20日在宾川会合。抢渡金沙江时，红二、六军团军委会决定红四师为前卫首先渡江，红十六师担任掩护，最后渡江。红二、六军团的前卫红四师和后卫红十六师共找到7只船，再加之自制的竹筏、木排等，从25日夜开始分别从木瓜寨、木取独、余化达、格子、士可等5个渡口起渡，于28日黄昏17000余人员及马匹全部顺利地渡过了金沙江，张辉最后渡过了江，他顺利地完成了任务。
翻越大雪山，对张辉及其红二、六军团全体指战员来说，确实是一个极为严峻的挑战和考验。红二、六军团先后共翻越了8座雪山，其中红二军团翻越了4座雪山，张辉随红六军团翻越了4座大雪山。翻雪山时，红军战士由于不适应高山气候，反应特严重，加之饥饿的威胁和恶劣的自然环境和气候，战士们在感到呼吸困难，有的人想坐下来歇一歇，可一坐下就再也站不起来了，就这样长眠在雪山上了。从上午8时到10时，张辉所率的红十六师在这短短的两个小时内，在雪山上就留下48具红军战士的遗体。张辉面对一块出生入死、一块战斗过的弟兄被恶劣的雪山夺去了生命，他满眼含泪指挥全师指战员一个拉着一个，不许停下来，更不准坐下，就这样咬紧牙关，以超越生命极限的顽强毅力，率领全师指战员翻过了人间奇迹的大雪山。
翻越了大雪山不久，张辉又面临着过草地的险恶。张辉率部要穿越的草地是从阿坝到包座的人迹罕见的茫茫水草地。这片水草地举目望去荒野一片，不见村庄、不见人烟、仿佛到了另一个世界。部队终日要行进于荒凉的原野，有时还蹒跚于深草泥坑。这里地处高原，空气稀薄、天气多变，忽而晴空万里，忽而阴云密布，忽而大雨淋淋，忽而风雪交加，张辉所率的红十六师每前进一步都要付出很大的努力。因为这里到处都是沮洳地和腐烂的野草，地面松软、污水四溢，部队在行进中，一步一陷，拖泥带水、极为艰难。一旦不慎陷入泥沼就会愈陷愈深，以至泥水没顶，丧失生命。特别是一些低洼处，野草丛生，腐烂有毒，腿脚被刺破浸入水后就会浮肿溃烂，如若误饮毒水，也会致命。特别是红十六师最感到对生命威胁的是粮食，当时粮食已耗尽，无处补给，早已以野菜、皮带等物充饥，当时战斗人员和非战斗人员已减员不少。为了能够顺利地穿过草地，军团命令各师就地筹粮。在人烟稀少的草原筹粮并非容易之事，而且当地群众对红军又不了解，困难确实不少。面对困难，张辉和师政委晏福生带队深入群众，宣传红军的宗旨，从贫苦群众之中摸清了一些有粮富户的线索，终于筹到了几千斤粮食，为部队过草地打下了基础。由于张辉等师领导的工作得力，红十六师的筹粮成绩突出，受到了军团政治部主任张子意的表彰。
1936年6月30日红二、六军团与红四方面军在甘孜会师。7月5日中央军委颁布了关于组织红二方面军及干部任职的命令。命令说：“决以红二军、六军、三十二军组成红二方面军并任贺龙为总指挥兼二军军长，任弼时为政治委员兼二军的政治委员，肖克为副总指挥，关向应为副政治委员，陈伯钧为六军军长，*震王**为政治委员”红二方面军的建立，又得到*党**中央和毛*东泽**的直接领导。红二方面军走出草地后，于9月7日在哈达铺研究制定了《成（县）徽（县）两（当）康（县）战役计划》，8日总指挥部下达了《第二方面军基本命令》、《命令》颁布不久，红二方面军兵力分左纵队、中纵队、右纵队分兵出击。张辉所率的红十六师和十七师、十八师及模范师组成左纵队，也是红二方面军的先锋，主攻天水、出击两当和陕西凤县。9月1日红十六师随红六军挺进礼县城下，9日进入礼县固城、崖城，在这里召开了群众大会并组织了抗日救国会。14日，红十六师又随红六军在红河镇集结，随后向天水挺进，16日，过齐寿、娘娘坝向李子园开进，17日进入徽县，18日与敌交火，战斗中全歼敌军一个保安团，缴获枪枝60余支、*弹子**40余箱，*榴弹手**30余箱，军服300余套。
1936年10月，红二方面军来到了甘肃境内的渭水河畔。为了保证全军顺利渡过渭水，红十六师奉命抢占娘娘坝。接受任务的红十六师师长张辉立即率部实施攻击。娘娘坝驻有敌军一个装备精良的加强营，他们利用有利的地形和强大的火力，使红军的数次抢渡都未能成功。张辉亲临前沿观察，立即调整部署。他组织了一支敢死队，并调集全师的轻重机枪进行火力掩护，敢死队强渡至蒲口北岸，打开了一个缺口后，张辉迅即率领后续部队紧紧跟上，很快占领了敌军的阵地。张辉一面派人向上级报告胜利消息，一面继续指挥清扫残敌，却不幸被顽敌的冷枪射中，壮烈牺牲。
一个25岁的红军师长，就这样献出了他年轻的生命；一个湖湘子弟，将鲜血洒在了陇南的黄土高原……
