196年7月，广州国民政府决定出师北伐，组成了以蒋介石为总司令的国民革命军总司令部。陈诚担任国民革命军总司令部中校参谋。197年1月，第二十一师进抵浙江衢州，担任中路作战任务，在龙游、兰溪一带，与孙传芳、孟昭月部展开激战。
陈诚率第六十三团在桐庐西北浪石埠过江，与敌三师之众背水苦战数日，伤亡巨大。后来，他带领一支特务队，在深夜突袭敌之司令部。第二十一师乘势追击，克服新登，继入杭州，浙江乃定。
北伐军分三路进攻苏皖。第二十一师随东路军取淞沪，陈诚率第六十三团攻占吴江。三月，二十一师在浙江龙游、桐庐战役中击败孙传芳主力部队，一举拿下苏州，陈诚的六十三团出力最大。
四月，陈诚任二十一师少将副师长。六月，任二十一师师长，10月，被何应钦借故免职，后被保荐担任军事委员会军政厅副厅长。
198年初，蒋介石复出。4月，蒋介石任命陈诚为国民革命军总司令部警卫司令。陈诚就任警卫司令后，大力扩充实力，共组建三个警卫团，节制两个炮兵团，指挥两个宪兵团，其实力超过杂牌军的一个军。
199年月，蒋桂战争爆发。陈诚与罗卓英负责拟定作战计划。
4月，出敌不意，进兵贺胜桥，将桂系与湘鄂的联络截断，致武汉顿陷孤立。这时，冯玉祥部虎踞中原。第十一师又奉蒋介石命令，于5月开往鄂北的襄、樊等战略要地驻防。
不久，师长曹万顺因处事失当，被调任新编第一师师长，陈诚即升任师长。陈诚一上任就对第十一师进行整顿。他公开提出选拔使用干部的条件是“不贪财，不怕死”、会带兵、能打仗、没有不良嗜好、忠于蒋介石，服从其命令。
他大量罗致黄埔学生，用为中、下级干部，裁汰曹万顺的旧部。同时，对部队加强整训，提高作战能力。
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。
190年初，第十一师开赴武汉。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