拔为排长、副连长、副大队长，红十二军三十四师参谋长，继任红十三军参谋长、代军长、红一军团随营学校校长。
第五次反围剿失败后，陈士榘奉命率部参加二万五千里长征后，到达陕北。
“西安事变”不久，全面的抗日战争爆发。中国**为了拯救民族危亡的命运，顾全大局，与国民党第二次合作，建立抗日民族统一战线，将红军改编为国民革命军第八路军。
红一方面军和陕北红军奉命改编为八路军第一一五师，陈士榘被任命为该师第三四三旅参谋长，不久率部开赴晋西抗日前线，旋任晋西支队司令员，后奉中央军委命令，率部进入山东归建任王一一五师参谋长，开辟山东抗日根据地，任山东滨海军区司令员。
陈士榘调任晋西独立支队司令员后，先后袭击了上栅，孝义，兑九峪的日军，收复双池镇，攻占罗曲，歼灭日军三百余人。
在抗日战争中，陈士榘率部转战三晋，东进山东，在他率部与日伪军进行的无数次拼杀中，他指挥部队智取反攻，其亲手活捉日军俘虏的广阳战斗，令人赞叹不已。陈士榘将军成为我军第一个亲手活捉日军俘虏的将军，并留下了一张珍贵的现场照片。这张珍贵的照片现存放在大连市抗日战争纪念馆里