1939年底,在马耀南、马天民相继牺牲后,中共山东省委为了保护抗日力量,培养抗日领导骨干,决定送马晓云赴延安抗日军政大学深造。

    经过长途跋涉,马晓云一行七人终于在1940年5月1日前夕到达延安,参加了“五一国际劳动节”的庆祝活动,见到了毛泽东、周恩来、朱德等中央首长。之后,马晓云被分配到抗日军政大学第三分校参训队学习。

    性格豪迈的马晓云,很快便在延安结交了许多朋友。炊事班的同志有很多是老红军战士,他非常愿意和他们聊天,请炊事员给他讲两万五千里长征的故事。炊事班的同志知道他是从抗日前线来的八路军,也请他讲一些在敌后打击日寇的故事。

    中央首长也经常和马晓云谈心。朱德总司令和他促膝谈心,徐向前司令员来延安后,常找他谈学习、谈战斗。周恩来也很喜欢马晓云的性格,喜欢他的机智灵活。有一次,周恩来去西安,也把他带去了。一天,他和周恩来等同志外出,正在大街上走着,他突然发现后面有几个人形迹可疑。马晓云故意放慢脚步,等那几个人到跟前,他一边问他们是干什么的,一边随手把一叠钞票递过去。这几个家伙见钱眼开,又看他是个行家,接过钱就走了。

    看他们走远了,马晓云紧走几步追上来,周恩来问他那些是什么人?他说是几个特务。周恩来又问:“你怎么知道他们是特务?”他说:“我过去经常和这些人打交道,一看就知道他们是干什么的。我把他们打发走了。”周恩来称赞说,“晓云同志不但枪法好,眼力也很好。”

    在旧社会军队和经商时期,马晓云难免沾染上了一些不良习气。在延安学习期间,马晓云如饥似渴地学习革命理论,学习抗日游击战略战术。尤其是从老同志、老革命、老党员身上,他更是学到了许多高尚的道德情操,政治思想觉悟有了很大提高。

    从延安回来后,马晓云先后任清西军分区副司令员、渤海军区第六军分区副司令员,充分发挥出了他的军事指挥才能。本来,清西军分区政委李曼村还担心马晓云的个人英雄主义,以及他原来的职位比自己高,深怕处理不好关系。但是在1957年1月,李曼村曾回忆说:“晓云同志从延安回来以后,我们在一起工作几年,没有发生过任何问题。他服从组织、尊重领导,集体决定的事,他坚决执行；工作认真负责,作战英勇机智,特别是在敌占区,出入周村,大摇大摆,敌人奈何不得；搞情报、搞炸药、搞武器、搞物资,杀鬼子、除汉奸,他有这个特长。在地方上很有威望,人民群众掩护他……”