宋任穷、廖汉生、张震三位开国将军曾撰文如此评价宋时轮将军：“他既是一位功勋卓著的战将，又是一位军事教育训练专家、军事科技研究工作的卓越领导者和造诣颇深的军事理论学者，对革命战争和我军建设作出了重要贡献。”将“功勋卓著的战将”“军事教育训练专家”“军事科技研究工作的卓越领导者”“造诣颇深的军事理论学者”这些称谓串联起来，宋时轮“一代儒将”的形象便鲜活地跃然于人们眼前。
1932年7月，红一方面军主力在广东南雄发起水口战役，击溃了粤军15个团。在这场罕见的战役中，宋时轮率领独立第3师驰援处境一度十分危急的红5军团，带领部队英勇拼杀，与兄弟部队一起沉重打击了南进的粤军，基本稳定了中央苏区南翼。时任红一军团政委的聂荣臻后来回忆：战场上“尸横遍野”，“河沟里的水泛着红色”，“双方伤亡之大，战场景象之惨烈，为第二次国内革命战争时期所罕见”。
1933年2月第四次反“围剿”斗争中，在江西宜黄的黄陂地区，宋时轮指挥所部与兄弟部队并肩作战，一举全歼国民党军第52师，俘敌师长李明。随后，他又率部连续作战，歼灭国民党军第59师并俘敌师长陈时骥。黄陂一仗共歼敌近两个师，俘敌近万人。蒋介石对这次失败十分伤心，他在给陈诚的手谕中写道：“惟此次挫失，凄惨异常，实有生以来惟一之隐痛。”
1948年6月中旬，粟裕决定首先攻占开封，之后聚歼援敌。为配合开封战役，宋时轮奉命率华野第10纵队进到河南上蔡地区，协同中原野战军一部，阻击由平汉路东侧北进的蒋军胡琏兵团，与敌血战6昼夜，保障了开封之战的胜利。紧接着，为保证华野主力消灭河南睢县、杞县地区的区寿年兵团，他又率部进入杞县城。6月29日，被称为蒋军“五大主力”之一的邱清泉兵团之第5师、第70师向杞县城东南的桃林岗阵地发起攻击，宋时轮指挥部队顽强阻击，经过7昼夜激战，歼敌5000余人，受到了华野首长的高度评价。
抗美援朝战争开始后，宋时轮被任命志愿军第9兵团司令员兼政委，率部赴朝作战。在北京面见毛泽东时，毛泽东风趣地对宋时轮说：“我不会遥控你，我们要你去朝鲜，是用人之长，你要对付的是美国陆战第1师”。在入朝之前，宋时轮要求部队大力研究美军的战术特点，不断提高我军指挥员的军事素质，要把纸老虎当铁老虎打。他给团以上干部作报告，介绍美军的战术特点，讲解我军对美军作战的战术要领。在他的指导下，兵团各级指挥员的军事素质迅速提高，为作战胜利提供了重要保证。1950年11月7日，第9兵团第20、26、27军在夜幕下隐蔽入朝，徒步穿行于高山密林中。21日，15万人秘密集结到长津湖等地区，在美军眼皮底下而未被发现，后被西方军事学家称为“当代战争史奇迹之一”。此时天降大雪，到27日志愿军发动进攻时，气温降到零下40多摄氏度。是役，第9兵团第27军全歼“联合国军”美第7师第31团（加强团），创造了我军有史以来唯一一次消灭美军建制团的纪录。在第二次战役中指挥东线作战，共歼敌1.39万余人，给美“王牌军”陆战第1师以沉重打击。毛泽东盛赞：第9兵团“在极困难条件之下，完成了巨大的战略任务”。
宋时轮征战一生，有着爱兵如子的名将风范。抗美援朝初期，由于美军的封锁，后勤供应不上，部队严重缺粮，有时一天只能吃上一顿稀饭，不少战士得了浮肿病、夜盲症。宋时轮得知情况后痛心地说：“绝不能让战士们饿着肚子打仗！”他采取各种措施，想尽一切办法让干部战士吃饱。悲壮的长津湖之战中，第27军80师242团第5连，除一名掉队者和一个通信员之外，全连干部战士呈战斗队形全部冻死在阵地上，这成为将军心中永远的痛。1952年9月，第9兵团从朝鲜回国，车行至鸭绿江边，宋时轮要求司机停车，下车后他向长津湖方向默立良久，然后脱帽弯腰，深深鞠躬。当他抬起头来时，警卫员发现，满头花白的将军已是泪流满面，不能自持。
