長征出發前，陳士榘任紅一軍團教導營營長。毛澤東常把陳士榘當作“設營司令”，讓他擔當“打前站”“查民情”“摸敵情”“探路情”的開路先鋒。
中央紅軍二渡赤水后，為擺脫國民黨部隊的追擊，決定向遵義西南地區轉移。陳士榘奉命在赤水河上選擇渡河點架橋。由于部隊連續在雨天行軍打仗，很多戰士腳部紅腫潰爛，缺醫少藥，陳士榘想到酒精具有消毒止痛作用，而所在的茅臺鎮又恰恰產酒，于是他讓戰士喝點茅臺酒，再在臉盆里用酒輪流泡腳療傷，從而減輕了傷痛，順利完成了架橋任務。毛澤東曾對陳士榘說：“還是你舒服，喝了茅臺酒，洗了茅臺腳，架了茅臺橋！”
1937年8月25日，中國工農紅軍主力改編為國民革命軍第八路軍，陳士榘任第一一五師三四三旅參謀長。平型關戰役前，陳士榘被調到師指揮部。他帶著地圖實地勘察中，注意到平型關從關溝至東河南鎮長約13公里溝深道窄，兩側有高地、有緩坡，既便于觀察、隱蔽和部署兵力，又利于發揚火力和展開突擊，便提出平型關是伏擊日軍的理想戰場。爾后一一五師發起了平型關戰役，殲滅日軍1000余人，擊毀汽車100余輛，打破了日軍“不可戰勝”的神話。
平型關大捷后，一一五師師部和三四三旅從五臺山南下馳援友軍。此時，日軍第二十師團已突破晉東門戶娘子關，準備在11月4日由平定進犯榆次，直下太原。11月3日，三四三旅在廣陽至松塔地區設伏，陳士榘帶領六八六團負責殲滅伏擊圈內日軍。戰斗打響后，六八六團從兩側高山不斷向狹長的谷底投彈射擊，日軍輜重部隊被打得暈頭轉向。陳士榘果斷地命令司號員吹響沖鋒號，將敵人切成數段。
陳士榘心里還有個打算：自抗戰以來，由于日軍受“武士道”精神的毒害很深，在戰場上死也不肯投降，以至于一直沒有抓獲過日軍俘虜。這次能否破例？
正在這時，一伙驚慌失措的日軍逃到公路北面的一個洼地。陳士榘趕緊叫住警衛排長，指著洼地讓他帶戰士將其抓獲！可警衛排長回來，雖然背著一堆“三八大蓋”，卻沒抓著俘虜。
夜幕降臨時，陳士榘面對負隅頑抗的殘敵，又一次激起了抓俘虜的強烈愿望。當他看到戰士正準備向一處院子里投手榴彈炸一個日軍時，趕緊制止，用剛剛學會的日語喊道：“繳槍不殺，寬待日本俘虜！”日軍胡亂放了兩槍后，用生硬的中國話回答：“明白明白的……”陳士榘一腳踹開房門，伸手抓住日軍槍管用力一拖，把一個日本兵帶了出來。
這次伏擊共殲滅日軍1000余人，繳獲了700多匹騾馬和大批軍用物資，并抓到的第一個日本俘虜——日軍第二十師團第七十九聯隊輜重兵軍曹加藤幸夫。