在北伐军的兵营里，新的环境，新的生活使他眼界开阔，思想上起了急剧的变化，由一个单纯的爱国青年成长为一个忧国忧民的爱国战士。
他勤奋好学，自学成才，从军才两三年便达到高级军事指挥员程度，以模范黄埔学员的身份进入独立团，战斗中升任连长，不久升任营长。
他参加过北伐战争，在战斗中机智勇敢，屡立战功。
1927年升任团长，驻防上海。
他当上军事主官后，深感肩上的担子重，所以他更加努力学习，掌握军事理论和技术，以便带好兵，指挥好战斗。古今中外的军事着作他都广收博览，悉心钻研，并运用到实践中去。
戎马倥偬，亦未间断。
他的知识面也很广泛，对天文，地理，数学，古诗词，琴棋书画都感兴趣，因而使他由一个青年的士兵锻炼成为一个文武双全的指挥官，并具有将才风度。
1929年提升师长。
陈辉治军有方，对战士的军纪，训练演习要求很严格。
他谆谆告诫部下说：“没有严格的纪律的军队，就不会是一支好军队，也不会在战场上夺得胜利。”
平日操练，他亲自做示范，一个动作一个细节地纠正，直到合格为止。
在生活上和下级同甘共苦，关心他们的疾苦，平易和蔼近人，不摆官架子，因而陈辉深得部下的爱戴。
他的部队纪律严明，秋毫无犯，士兵很少被关禁闭，打起仗来冲锋陷阵，勇猛刚强，被称为黄埔系中一支训练有素的军队，他被誉为能征善战的学生将领。
当时战场上并没有预备兵团，部队是逐渐加入的，凡从后方运到的部队，还未得喘息即投入火线。
敌人利用炮，空的优势，每日用飞机轮番轰炸和猛烈炮击，由于缺少坚固的工事，军队伤亡很大。
在这样恶劣的环境里，陈辉部的官兵发扬高度的爱国热忱和忘我的斗志，浴血奋战，坚守阵地。
10月17日上午，他在指挥战斗时，不幸中弹负重伤，但仍带伤指挥作战不下火线。
上海郊区地势平坦开阔，适于敌人优势火力的发挥。
由于我阵地是临时构筑的土质工事，每当敌炮弹命中，便将我守军连人带枪埋盖。
加之敌机疯狂扫射，使我守军几乎不能抬头，我军虽英勇抗击，但伤亡重大，一个军一个师均伤亡过半。
蒋介石感到兵员难济，遂下令撤退。
淞沪战场转移后，周部转战于苏浙皖一带。
1938年4月中旬由舒城开到淮南田家庵，接防高塘湖西岸及洛河集以东地区。
二．
1938年3月，第五战区司令长官李宗仁指挥部队在山东台儿庄，迎击进犯的日军七八万人，给精锐的板坦，矶谷师团以重创。
日寇吃了亏，耿耿于怀，要报这一箭之仇。
4月初又调集13个师团30余万兵力，企图吃掉徐州地区的李宗仁部。
敌军从天津连云港南京三路夹击，分进合围。敌先以其第三，九，十三等师团及井关机械化部队渡江北犯。
4月下旬陷蚌埠，再次分兵，东路沿津浦线，直赴徐州；西路顺涡河，水陆并进，妄图攻蒙城，陷涡县，取毫县，夺商丘，切断陇海铁路，迂回包围第五战区司令长官李宗仁指挥的60万中国军队。
为了避免在不利的条件下与敌决战，李宗仁作出了有计划撤离徐州地区，实行战略转移的部署。
当即电令其驻守淮河中下游地区的廖磊第21集团军坚决阻击进犯津浦路南段之敌，掩护主力撤退。
廖部奉令后，即以总预备队第173师师长陈辉，副师长魏西元各率步兵一个团星夜兼程，前往宿县，蒙城布防。
陈辉此时已被调入廖磊的第21集团军。
手底下的老兵越来越少。
于是，陈辉决定率领实力最强的1033团前往执行任务。
中午，接河南岸双堆集附近侦察部队报告：敌骑兵百余，已越过河溜集，向我搜索前进，其后续部队，亦向这里急进中，战斗迫在眉睫。
此时，全军各部已完成掘散兵壕及树干鹿砦，各城门均用石条及沙包阻塞，各街道亦用石条、沙包作横墙数道，各家屋内亦按需要开凿枪眼，准备巷战或逐屋白刃战。
下午4时，日寇先头部队3000余人，在飞机大炮的掩护下，发起猛烈进攻。
外围阵地李竹园，贾水园，万家行，碾盘集等处战斗激烈。
入夜，陈辉率部杀出南门，意欲摸黑迂回敌后，接应救援两翼。
不料刚绕到城东南飞机场，突然与后续日军遭遇，数次冲杀，均未闯过，只得退回城内。
外围守军旋遭分割包围，大部殉难。
第二营营长，第三营营长及中校团副等人均已阵亡。
两营的连排长亦伤亡殆尽，两翼阵地失守，日军向城垣逼近，炮轰我守军阵地。
拂晓，日军又以飞机猛轰城垣。
9时，敌后续部队2000余人到达，他们陷入重围，城内剩二三营的部队300多人，守备东南西三面城垣。
10时，敌人发起总攻，以飞机轮番轰炸，以步骑四面攻击。
守城将士怀着与敌血战到底的英雄气概，拼死抵抗，打退了敌人多次进攻，奋战一整天，日军仍被阻于城外。
经过激烈战斗之后，我军仅剩200多名疲惫士兵，守卫全无防御的孤城。
在面临有炮空联合、有战车掩护之优势的强敌包围进攻，在有城池被攻破，全军覆没之虞的情况下。
陈辉于黄昏时分急电廖磊总司令。电云：“四面包围之敌与我激战一昼夜，敌在炮空掩护下，屡向我突击，互争西南门各要点，血战终日，我军已伤亡过半，弹尽粮绝，迫得逐步向城内退守，准备刃战，与城共存亡。
城垣不坚，今日西南门已被突破数处，情况危急，乞设法于晨前运弹药来蒙，俾得救济，并饬援军兼程前进，以挽危局而奏反击之效。”