10月，冯玉祥部东出潼关，进兵洛阳。蒋介石兵分两路迎击。陈诚受第二路总指挥刘峙节制，率领第十一师扼守襄阳、南漳。在襄阳城郊与冯军激战两天，将张维玺部击败。
1930年初，第十一师开赴武汉。2月间，陈诚派部队将驻武昌的曹万顺之残部第六十六团包围，实施武力解散，将军官资遣回籍，士兵则拨补第十一师所管辖各团。
4月，又奉蒋介石命令，收编湖北的徐声钰独立第十三旅，将第十一师由原来的两旅六团扩充为三旅九团制的甲种师，实力大为增强。
5月，中原大战爆发。9日，蒋介石令全线发起攻击后。这时，几经进攻兰封、杞县的蒋介石部队，遭到晋军依托坚固工事的抗击，伤亡很大。陈诚便自告奋勇，采用中间突破战术，企图在杨固集打开缺口，再向两翼卷击。
但猛攻两天，迄未得手。随后，他又协同蒋鼎文、赵观涛师向左翼推进，却遭到孙良诚、吉鸿昌等部从杞县方面的阻击，连攻数日，也无进展。后又从杞县以南迂回，企图经通许、陈留奇袭开封，也遭到庞炳勋、梁冠英等部的抵抗，在魏寨、陈庄一带展开了争夺战。
1930年6月24日，第六十一团阵地被梁冠英部夜袭失守。次日，陈诚即令旅长李默庵督第六十一、六十二团反攻，激战终日，伤亡很大未能攻下。
7月，陈诚奉蒋介石命令，率第十一师开往津浦线，参加对晋军作战。7月底，总攻开始后，他又率部相继击溃晋军丰玉玺部，进占宫里、楼德镇；击溃李生达军，进占莲花峪、华丰、磁窑，激战傅作义部，攻占界首，白马寺。
随即，沿铁路线，经万德、张夏、崮山、党家庄，向济南追击。
1930年8月15日，在蒋光鼐、蔡廷锴之第六十一师、第六十师之后进入济南。克复济南后，津浦线战事告一段落，蒋介石犒赏各军。第十一师领到奖金二万元，陈诚晋升为第十八军军长，仍兼第十一师师长。
陈诚时年三十四岁，人以“童子军”相称。8月下旬。蒋、冯、阎在郑州展开决战。陈诚与夏斗寅师，奉蒋之命，编为一个纵队，担任前锋穿插任务。
1930年9月6日，总攻开始。他和夏斗寅带领部队，以郑州为目标，运用锥形战术，从西华、鄢陵和临颍、许昌的中间地区向北挺进，大胆实施穿插袭击。夏师到五女店受阻。陈诚在占领石象镇后，以一部夜袭和尚桥，钻进到董家店，前后纵深七十里。
吉鸿昌等部向蒋投诚后，陈诚部继续钻进到洧川附近，将冯军郑州的外围阵地分割得支离破碎。蒋介石即命各部急速攻击前进。这时，忽然传来郑州密报：“敌将全线撤退”。时新郑仍在敌手，人皆以为不可轻信。
而陈诚研究判断当面敌情，认为非虚，便超越新郑，督师兼程猛进。
1930年10月6日，陈诚一部肖团在二里岗击溃冯军的掩护部队后，便跑步由郑州南门入城。这时，已近黄昏，陈诚看到占领郑州已成定局，便飞驰回到师部，立即填上时间发出告捷电报。
当日黄昏，上官云相的第四十六师的便衣队也搜索到郑州东站，但没有进城。蒋介石收到第十一师先占领郑州的电报大悦，当即发给奖金二十万元。
陈诚为了表示“不称功，不贪财”，他将所得十万元，发给每个官兵二元，约用去四万元，其余收作公积金。后来创办了“十八军南通残废军人工厂”和“吉安农场”，以收容残废军人和老弱士兵。
11月，陈诚以观操武官身份，陪同蒋介石前往日本观看军事演习。还参观了军事学校，访问了侨界，使政治身价大为提高。
1932年冬到1936年，陈诚参加了对中央红军的围剿作战，担任了主要领导职务。
1937年春，陈诚任军政部政务次长，兼武汉行营副主任。4月，他邀张发奎、黄琪翔等到温州、台州沿海视察地形。部属问他，内战停止了，国家总算统一了。国共两党曾经合作北伐，今后是否能合作抗战呢?
陈诚回答说：“抗日迟早要抗日，但委员长的政略、战术思想，不是我们能够揣度的。我们只有服从命令，不好随便揣测。”
抗日战争爆发，国民党政府当局抗战之议未决，陈诚以为，“与其不战而亡，孰若战而图存”。并提出牵制日军主力，使敌自东而西，不使其由北而南的战略。</dd>