Ngày 7 tháng 9 năm 1945, Chủ tịch Hồ Chí Minh ký Sắc lệnh thành lập Bộ Tham mưu (tiền thân của Bộ Tổng Tham mưu), giao nhiệm vụ thành lập cơ quan tham mưu quân đội cho Hoàng Văn Thái tại dinh Chủ tịch (Bắc Bộ Phủ, số 10 phố Ngô Quyền), có Võ Nguyên Giáp - Bộ trưởng Bộ Nội vụ kiêm Thứ trưởng Bộ Quốc phòng cùng tham dự. Hồ Chí Minh chỉ định Hoàng Văn Thái làm Tham mưu trưởng và chỉ thị lập "Bộ Tham mưu để giúp Trung ương Đảng và Chính phủ lãnh đạo, chỉ huy các lực lượng vũ trang. Bảo vệ thành quả Cách mạng tháng Tám". Hồ Chí Minh còn căn dặn: "Chưa hiểu biết về công tác tham mưu... phải cố gắng vừa làm vừa học, có quyết tâm thì khó mấy cũng làm được...".[3]

"Việc thành lập Bộ Tham mưu là việc lớn thứ ba mà Bác Hồ tiến hành ngay trong những ngày đầu cách mạng tháng Tám năm 19451"(Lời Đại tướng Võ Nguyên Giáp phát biểu trong lễ kỷ niệm 59 năm thành lập Bộ Tổng Tham mưu, 4.9.2004 [cần dẫn nguồn]). Ngày 7 tháng 9 sau khi nhận nhiệm vụ, Tham mưu trưởng Hoàng Văn Thái vừa lo việc tổ chức vừa làm công tác tham mưu tác chiến. Ngay chiều 7 tháng 9, đồng chí triệu tập họp gồm bảy cán bộ (Hoàng Đạo Thúy, Hoàng Minh Đạo, Mai Hữu Thao, Nguyễn Văn Trang, Vũ Văn Thềm, Nghiêm Xuân Hoà, Đỗ Văn Sáng) được Đoàn thể giới thiệu đến, tại một phòng nhỏ ở Phủ Thống sứ (trụ sở Bộ Lao động Thương binh - Xã hội, phố Ngô Quyền hiện nay) để bàn những việc trước mắt cần làm ngay. Sau đó, Bộ Tham mưu chuyển về nhà số 16 đường Ri Quier (tức 18 phố Nguyễn Du). Như vậy: Phòng Tác chiến là một bộ phận của Bộ Tổng Tham mưu được thành lập đầu tiên cùng với ngày thành lập Bộ Tổng Tham mưu.[3]

Đầu tháng 3-1946 sau một cuộc họp bàn kiện toàn tổ chức, Bộ Tham mưu được đổi tên thành Bộ Tổng Tham mưu. Quân số Bộ Tổng Tham mưu lúc này đã có khoảng một trăm người (không kể đơn vị vệ binh do đồng chí Thái Dũng chỉ huy). Các phòng được gọi bằng số. Phòng 1 (Nhân sự), Phòng 2 (Tình báo), Phòng 3 (Tác chiến), Phòng 4 (Quân nhu), Phòng 5 (Thông tin)...;

Tháng 3 năm 1946, Bộ Tham mưu đổi tên thành Bộ Tổng Tham mưu.[3]

Ngày 11 tháng 7 năm 1950, Phòng Tác chiến nâng cấp thành Cục Tác chiến trực thuộc Bộ Tổng Tham mưu[3]