陈璘撤回明朝境内，正好碰上征伐播州，于是朝廷任命陈璘为湖广总兵官，由偏桥进军并指挥由龙泉进军的陈良玭部。陈璘军和播州叛乱首领杨应龙子杨朝栋交战，贼军受挫，逃到龙溪山会和其余贼军抵抗明军，陈璘安抚苗民后，进军龙溪，侦察得知敌人有埋伏，命令游击陈策用火器攻打，贼军居高临下，陈璘悍不畏死，首先登山，杀死后退的小校示众，众将士奋勇而战，敌军大败而逃，陈璘的二个副将追击，中贼军埋伏战死。于是，陈璘招募敢死队跟随把总吴应龙等人猛攻，贼军逃到山顶，晚上又逃到袁家渡，次日又被陈璘军击败，至此，四牌的匪徒全部被消灭。
陈璘得知贼首张佑、谢朝俸、石胜俸等人在七牌野猪山安营，于是连夜行军抵达苦练坪，前后夹击之下，敌军逃入深山老林之中，陈璘于是进入苦菜关，听闻童元镇在乌江战败，心生恐惧，请求撤退被总督李化龙否定，陈璘于是进军楠木桥，驻扎湄潭。时匪徒全都聚集在青蛇、长坎、玛瑙、保子四座囤子里，地势都很险要，陈璘于是先攻击三囤，然后进攻青蛇囤。后陈良笿部也来会师，陈璘让他到囤后埋伏，另外派一支部队把守板角关，防止敌人逃跑，经三天苦战，攻占三囤，又用重金收买不怕死的人从玛瑙后面爬着树藤到山后放炮，贼军大乱，明军奋战之下，全歼了七牌的匪徒。
陈璘接着分兵六路，攻克大小三渡关，乘胜直达海龙囤下，各将都攻击海龙囤前面，唯独安疆臣在后面攻击，战局四十多天相持不下，安疆臣的部下还接受匪徒的重礼贿赂，偷偷地把火药送给匪徒，陈璘知晓后，令安疆臣后撤三十里。陈璘也把部队转移到别处，并在距离囤子一丈多远的地方安置一百多个铁牌，使匪徒强劲的弓箭失去了作用，陈璘又用竹子削成箭板安放在栅栏前面，匪徒每天晚上出来作乱，被竹箭板钉伤，于是不敢再出。杨应龙到了山穷水尽的地步，和部下在一起哭泣，李化龙当初下令，让各将分开时间轮番进攻。陈璘和吴广进攻海龙囤，陈璘在晚上四更时分让士兵含竹木片上山，趁匪徒熟睡之际，杀死守关的匪徒，树起白旗，鸣放大炮，匪徒惊慌逃窜，贼首杨应龙自焚而死，至此，播州之乱平定。
陈璘转移军队征讨皮林，时吴国佐作乱湖广、贵州交界，抢劫了七十多个屯堡，焚烧了五开南城，攻陷永从县城，包围了中潮所，江铎令陈璘率领副将李遇文等人分七路进军，陈璘抓获苗民首领银贡等人，众将士各有所获，吴国佐逃到天浦四十八寨，又进入古州毛洞，陈璘军队追获了他。不久，贼首石纂太被指挥徐时达诱捕，叛党杨永禄被沈弘猷等人活捉，乱军平定。
后兵部尚书田乐推举陈璘镇守贵州，给事中洪赡祖遂弹劾陈璘投机钻营，万历帝因为陈璘东征西讨屡立战功，最终同意了田乐的建议。时苗民有叛乱的苗头，巡抚郭子章向朝廷请求出兵，陈璘率部一万人攻打水硍，攻克水硍，又移师到新添，独攻东路，又攻克，于是苗民安定。
陈璘改派镇守广东，在职上去世，因为平定播州有功，加封左都督，世袭指挥使，后又因平定苗民有功，赠太子太保，后荫封一子为百户、一子为指挥使，赐予“祭葬”。