王家烈主政贵州时任25军第2师师长，是逼王家烈下台的高级将领之一。第2师改编为102师后，柏辉章被国民政府委任为第102师中将师长。

1938年5月，102师参加了徐州会战。战况惨烈，师长柏辉章之胞弟、师部兵站站长柏宪章因运送弹药赴前线时在开封阵亡；304团在苇楼铁路附近与敌发生激战，团长陈蕴瑜阵亡。后国民政府予以表彰，柏宪章追赠上校；陈蕴瑜追赠少将。

此后，102师又参加了南昌保卫战、长沙会战等。抗战结束前，该师归入粤军薛岳部，真正结束了其身为黔军的历史。柏辉章被任为赣南师管区司令、江西军管区当参议、第88军副军长等职，未几辞职闲居于上海。1946年通过何应钦的关系被授予国防部中将部员的虚职。

柏辉章102师自从参加抗战以来，出生入死屡立战功，先是胡宗南、黄杰，后又不幸被薛岳“看中”也算不负平生。在赣南师管区司令任内，柏辉章与专员蒋经国工作关系良好。从公来看柏辉章是司令、蒋经国是副司令；从私来看柏辉章是非嫡系将军、蒋经国是“太子”，但柏坚守底线不巴结、不逢迎，两人从未发生摩擦。长沙失守，第4军作了重大人事解组，柏被调任江西军管区当参议。抗战结束，柏辉章旋被调第88军副军长职，但他无心内战辞不就任，未几，以国防部中将部员的虚职衔，闲居于上海。