1937年全国抗战爆发后，魏大光组织起1000多人的抗日武装。1938年3月率部接受中国共产党的领导和整编，任华北人民抗日联军第27支队司令员。他指挥部队在武清、霸县一带进行英勇机智的抗日游击斗争，取得霸州王庄子村中亭堤伏击战、胜芳保卫战等战斗的胜利。

　　1938年11月，部队改编为八路军第3纵队兼冀中军区独立5支队，魏大光任司令员。1939年4月又改编为八路军第120师独立2旅，他任旅长。同年5月，贺龙派魏大光回霸县、永清等地扩编抗日队伍。8月26日，部队在霸县大宁口村北与日军遭遇，战斗中魏大光壮烈牺牲，时年28岁。1939年9月，叶剑英参谋长发表了《悼八路军魏旅长大光光荣殉国》的文章，称他是“为国家尽了大忠，为民族尽了大孝”。