בראשית נובמבר 1947, כאשר סכנת המלחמה נראתה באופק, חל שינוי במבנה ארגון "ההגנה". מטה "ההגנה" פרסם את "פקודת המבנה הארצי, נובמבר 1947", בה חולקו כוחות "ההגנה" לשני גופים ארציים: “החיל" – יחידות וחטיבות במתכונת צבאית, שתיבנינה מיחידות חיל השדה (החי"ש) והפלמ"ח.

"המשמר" – כוח אזורי, בנוי מיחידות לפי עוצמה והרכב הנדרשים להגנה על הישובים עצמם.

לצורך ארגון, חולקה הארץ לארבע גזרות, כל אחת מהן היוותה חטיבה – מרחב. חטיבות אלה הורכבו מיחידות החי"ש, בעוד שהפלמ"ח נשאר מאורגן במסגרת גדודיו, ובהמשך אלה הפכו לחטיבות פלמ"ח.

חטיבת אלכסנדרוני, שהיתה אחת מהארבע, הוקמה ב- 1 בדצמבר 1947, כחטיבה מרחבית של אזור "גליל התיכון", וכללה ארבע נפות: שומרון, עמק חפר, השרון וירקון. שמה של החטיבה נגזר מנחל אלכסנדר, הזורם במרכז המרחב.

גליל התיכון השתרע על פני מישור החוף, מטנטורה בצפון וגבולו הדרומי היה, לערך, קו מסילת הברזל ת"א-לוד. בכל נפה היו פלוגות חיל שדה (חי"ש) ומאלה הוקמו שלושה גדודי חיל רגלים (חי"ר) – גדודים 31, 32 ו- 33.

יחידות חיל משמר (חי"ם) גוייסו לפי הצורך להגנת הישובים. הגיוס כולו היה בהתנדבות.

בפברואר 1948 אורגן החי"ש בשש חטיבות מרחביות, שסופררו מאחת עד שש, מצפון לדרום. כך קיבלה החטיבה את מספרה, 3.

מפקדת חטיבת אלכסנדרוני פקדה על שלושת גדודי החי"ר ועל ארבע הנפות. עם פרוץ מלחמת העצמאות, ולאחר פלישת צבאות ערב, הוקמו גדודים נוספים – גדוד 34 - גדוד מסייע, על בסיס מחנה האימונים המרכזי החטיבתי, בו רוכז הנשק המסייע של גדודי החטיבה וכן פלוגת משוריינים, גדוד 35, שהוקם על בסיס מחנה אימונים של אה"ד- אגף ההדרכה, בנתניה. עם גיוס אנשי האצ"ל לצה"ל,עם הקמתו ביוני 1948, הוחזרו אנשי אה"ד לבסיסם, וגדוד 35 אוייש רק על ידי אנשי האצ"ל. לפיכך, ברישומי הצבא היו גדוד 35א' וגדוד 35ב'.

באוגוסט 1948 הופרדו הנפות מהחטיבה, והוכפפו למפקדת מחוז. לימים, גויסו חלק מלוחמי הנפות וכך הוקמו ארבעה גדודי חי"ם (חיל משמר), שהוצבו בארבע הנפות וסופררו (מצפון לדרום): 131, 32, 133 ו- 145. מרחב אלכסנדרוני הפך ל"חזית ב' ". החטיבה היתה לחטיבת חי"ר בלבד.

בנובמבר 1948 הועברה החטיבה לחזית ד' – חזית הדרום. בחזית זו פעלה החטיבה עד לאחר מבצע "עובדה", אז עברה לתקופה קצרה לחזית הצפון ושוחררה.

בתקופה הראשונה, מהקמת החטיבה ועד להקמת המדינה, נהדפו התקפות על כפרים, פוצצו גשרים, תחבורה ערבית הותקפה כגמול על הפגיעה בתחבורה היהודית ובסיסי אויב נכבשו, במקומות שהבריטים פינו.

פלוגות מהחטיבה לחמו בתקופה זו בגזרות אחרות והשתתפו במבצע "נחשון", בקרבות משמר העמק ובפתיחת הדרך לגליל.

ערב ההכרזה על הקמת המדינה ב- 14 במאי 1948, כבשה החטיבה את כפר סבא הערבית והדפה התקפות נגד של כוחות חי"ר ושריון של הלגיון הירדני. החל מפלישת צבאות ערב ועד ההפוגה הראשונה ב- 11 ביוני 1948, לחמו יחידות החטיבה והמחוז בכוחות ערביים סדירים ובלית סדירים. הישובים רמת הכובש, מענית וגאולים עמדו תחת התקפות כבדות.

פרט לכיבוש חלק ממושב גאולים למספר שעות ע"י העיראקים, אף לא ישוב אחד במרחב פונה או נעזב במהלך הלחימה.

בתקופה זו נכבשו כפרים ערביים ששימשו בסיסים לאויב. המבצעים העיקריים היו כיבוש הכפרים טנטורה וקאקון, האחרון היה בסיס גדול של הצבא העיראקי.

גדוד אחד נשלח לגזרת לטרון, הצטרף לחטיבה 7 שזה אך הוקמה, לחם בלטרון במסגרת מבצע "בן נון א'", ואיבד רבים מחייליו.

בגמר ההפוגה, בקרבות עשרת הימים (הימים שבין ההפוגה הראשונה לשניה), צורף גדוד אחד לחטיבה 8, ובמסגרת מבצע "דני", כבש את רנטיה, וילהלמה וטירה, ולחם במשלטי דיר טריף. גדוד נוסף כבש את מגדל צדק וראש העין.

יחידות החטיבה לחמו בלגיון הערבי בכפר קולה, שעבר שלוש פעמים מיד ליד, ולבסוף נשאר בידינו.

בראשית ההפוגה השניה פתחה החטיבה את הכביש הראשי לחיפה, שהיה חסום וכבשה את "המשולש הקטן" – הכפרים ג'בע, עין ע'זאל ואיג'זים – היום המושבים גבע-כרמל, עין אילה וכרם מהר"ל.

בנובמבר 1948 ירדה החטיבה לדרום והשתתפה במצור על כיס פאלוג'ה. בקרב קשה בעיראק-אל-מנשיה איבדה החטיבה פלוגה שלמה.

בהר חברון כבשה החטיבה משלטים בציר באר שבע – דהרייה ובאיזור חווילפה.

בסוף המלחמה, במבצע "עובדה", נחתה יחידה מהחטיבה דרך הים בעין גדי, וקבעה את גבול מדינת ישראל באיזור זה.

לאחר החתימה על הסכמי שביתת הנשק, הועברו יחידות החטיבה לביצוע תעסוקה מבצעית בצפון: החל בראש הנקרה, עד למטולה ומשם דרומה עד לנהר הירמוך. המטה החטיבה התמקם במשטרת כנען, גדוד 21, שהוכפף לחטיבה עם פירוק חטיבת "כרמלי", לאורך גבול הצפון, וגדודים 32 ו- 33 מגבול סוריה ועד לירמוך, כשמרבית גדוד 33 הופנה לאימונים בעורף, ושימש גם ככוח כוננות לטיפול באירועי פנים. אך תקופה זו לא ארכה: בסוף חודש יולי 1949 הוציא המטה הכללי פקודות לסגירת יחידות החטיבה. בכל יחידה הושאר גרעין האחראי על פירוקה, כשחלק מלוחמי היחידות ומפקדיהן סופחו ליחידות אחרות, וחלק שוחררו מהשירות.

החל מתאריך ה- 25 באוגוסט 1949, חדלה, למעשה, חטיבת "אלכסנדרוני" להתקיים במתכונתה הראשונה.

449 מלוחמי החטיבה נפלו בקרבות מלחמת העצמאות.