1939年，陈奇涵兼任延安卫戍司令与防空司令。一次，日军飞机对延安狂轰滥炸。陈奇涵坚守在窑洞里，用电话指挥防空。一颗炸弹在窑洞前爆炸，窑洞即将倒塌，警卫员催促已经受伤骨折的陈奇涵赶快离开，但他坚守岗位不走。情况越来越危急，警卫员急中生智，抓住陈奇涵的胳膊用力一拽，将他拖到背上迅速冲出窑洞。他们还没有来得及下坡，窑洞就塌了。
1939年冬，陈奇涵调回中央军委总参谋部任部长。1941年春，根据工作需要，中央军委决定陈奇涵和许光达工作对调，陈奇涵任抗日军政大学第三分校校长。1942年春，陈奇涵调任中央军委情报部第三室副主任。到新的岗位不久，陈奇涵参加了延安的整风运动。在整风运动中，陈奇涵要求党组织复查1933年受撤职处分的问题。对此，中央军委为陈奇涵作出了平反决定：“对陈奇涵同志的撤职处分，是当时干部政策错误，应予正式撤销其撤职处分。”陈奇涵背了近十年的“包袱”，终于解除了。
1943年，陈奇涵进入中共中央党校学习，后担任中央党校党支部书记。1945年4月，陈奇涵被选为中共七大正式代表出席了大会。抗日战争胜利后，陈奇涵调离中央党校，担任冀热辽军区副司令员。解放战争开始后，陈奇涵指挥所部连挫国民党军队的进攻。1947年冬，陈奇涵调任东满（吉林）军区副司令员后，率部参加了冬季攻势作战。1948年初，陈奇涵率领军区部队配合东北人民解放军主力向沈阳外围进攻。3月率部围攻吉林，吉林市解放后，又转攻长春。1948年夏季，陈奇涵出任辽宁军区司令员。1948年9月12日至11月2日，东北人民解放军发起辽沈战役。陈奇涵指挥军区部队积极参加辽沈战役，有力地支援了野战军主力的战斗。其后，他调任东北军区参谋长。
1949年3月，陈奇涵随第四野战军南下，5月，中共中央任命陈奇涵为江西军区司令员。解放初期，赣南有许多与组织失去了联系的老红军战士、老党员以及烈士家属来找曾经担任过中共赣南特委军事部长的陈奇涵。面对这些为中国革命作出过贡献与牺牲的父老乡亲，他都及时地一一接待，从不摆官架子。对于他们提出的重新入党、归队、参加工作、解决各种困难等实际问题，陈奇涵既坚持政策，又给予力所能及的帮助。兴国革命烈士子弟多，他就介绍他们参军、参加土改工作队或到八一革命大学、烈士子弟学校学习。许多人反映的“AB团”被错杀问题，他也及时地向毛泽东主席作了汇报，并最终促成了问题的解决（被错杀的人可视为革命烈士，家属子女享受烈属待遇）。陈奇涵也曾几次重回故里，为家乡的建设出策出力。
1954年1月，中央军委决定成立中国人民解放军军事法庭，统一管理全军审判工作。同年2月28日，经毛泽东提议，中央军委任命陈奇涵为中国人民解放军军事法庭庭长。11月1日，中央军委颁布军事法院暂行编制表，将中国人民解放军军事法庭改称为中国人民解放军军事法院。在从事军法工作的同时，陈奇涵还兼任最高人民法院副院长，并当选第一、二、三届国防委员会委员。第三、四届全国人大代表和人大常委会委员。当选为中共第八届候补中央委员和中共第九、十、十一届中央委员。1955年，陈奇涵被授予上将军衔，荣获一级八一勋章、一级独立自由勋章、一级解放勋章。在授衔之前，毛泽东特派汪东兴到陈奇涵家里看望，代表他向陈奇涵表示慰问。
“文革”中，陈奇涵自称“高级泥瓦匠”
陈奇涵把毕生精力贡献给了中国人民的解放事业和人民军队的建设事业。他曾以诗言志：“富贵非吾愿，功名我不希，人类齐解放，攘攘与熙熙。”1955年申报军衔时，他填了“中将”。陈奇涵在军衔表上写道：“中国革命在党和毛主席的正确领导下，奋斗二十余年，今天已经胜利成功了。对我来说，个人的地位高低和得失是一个非常渺小的问题。”不久，陈奇涵又准备退下来。在1957年60岁的时候，陈奇涵就主动向中央要求退下来，并推荐钟汉华接班。
在史无前例的“文化大革命”中，陈奇涵对“中央文革小组”煽动“怀疑一切”、“打倒一切”的极左路线极为反感。一次在天安门城楼检阅红卫兵，面对暗中操纵聂元梓抛出第一张大字报的康生，陈奇涵以讥讽的口气问：“聂元梓是什么派？”毫无防备的康生吞吞吐吐：“算革命派吧。”陈奇涵神情严肃地说：“
