此时如果四平失守，国民党军在长春、沈阳将孤立无援。蒋介石电令陈明仁死守四平。陈明仁认为“自己平生打仗以克敌制胜而称著，又是蒋校长的学生，当应效忠于蒋”，因此立下遗嘱，日夜督战，死守四平40多天，巷战19个昼夜，顽强抵抗住东北民主联军的进攻。后来，陈明仁在自传中承认，这是“我平生一段罪恶最深的历史”。
七十一军的四平战绩，让蒋介石看到了希望，急令4个军增援四平。东北民主联军根据敌情变化，于6月30日放弃攻城，撤围四平。7月1日，毛泽东致电林彪：“四平战役虽未全部解决敌人，但已取得经验，给了敌人很大打击。”
陈明仁死守四平，闻名一时。由此，陈明仁晋升为国民党军第七兵团司令官。但好景不长，国民党政府不久派陈诚任东北行辕主任。早年因预备第二师番号之争的陈诚对陈明仁怀恨在心已久。因此，陈诚到东北后，明察暗访，抓住了陈明仁几个“短板”，撤了陈明仁的职，让陈明仁回南京休养闲居。
对于陈明仁在南京休养闲居之事，陈明仁的儿子陈扬钊回忆说：“我父亲怀着满腔的怨愤，在南京赋闲期间，脱去军装，穿上长袍，留着胡须，每天与儿孙们游玄武湖、灵谷寺、栖霞山、燕子矾、中山陵等地。他最喜欢到中山陵和廖仲恺的墓园，我们常与他陪客人在那儿照相。平时多与老友们打麻将，这是他最喜欢的娱乐。这段时间里他由于心情不舒畅，还经常饮酒。他的酒量也是闻名的，一次饮一瓶贵州茅台也不醉。有时到朋友家，高兴时喝得酩酊大醉而归，由副官背他下车。他醉酒从不乱讲话，只是昏昏入睡。”
自此，陈明仁因蒋介石不能主持公道而隐怀异志。更让蒋介石没有想到的是，自己一手栽培的陈明仁，在1949年8月4日，竟然与程潜领衔通电起义了。
此时的陈明仁已就任国民党军华中“剿总”副司令兼第一兵团司令官，率第二十九军、第七十一军驻扎在湖南长沙。全国解放大势所趋之时，陈明仁宣誓：“军人以保国卫民为天职，明仁忝膺省政，服务桑梓，既爱国，复爱乡士。”
于是，陈明仁和程潜率国民党所属长沙“绥靖”公署、第一兵团部辖3个军9个师和3个保安师等共12万余人起义（其中，有顽固军官带4万人起义后不久叛逃）。
程潜和陈明仁率部起义后，毛泽东致电程、陈两将军称：“毅然脱离伪府，参加人民革命，义旗昭著，薄海欢迎。”1949年8月25日，毛泽东亲自修改新华社时评《湖南起义的意义》，明确指出：“程潜、陈明仁两将军在湖南起义，严重地震撼了华南、东南、西南、西北的国民党残部，国民党残部唯一的光明前途，就是脱离蒋介石、李宗仁、白崇禧集团，接受中国共产党的领导。”
8月29日，人民解放军湖南军区成立，陈明仁任副司令员。司令员、政委分别由人民解放军十二兵团司令员萧劲光、政委黄克诚兼任。9月10日，陈明仁和程潜应毛泽东电邀抵达北京，作为特别代表出席第一次全国政协会议。聂荣臻、罗瑞卿、张友渔等到车站迎接。毛泽东、周恩来、朱德多次接见并宴请陈明仁等人。9月19日，毛泽东邀请陈明仁和程潜等人游天坛。到了天坛祈年殿，毛泽东特地从人群中召唤陈明仁：“子良，来，来，我们两个单独照个相。”合影后，毛泽东问陈明仁：“你准备放大加洗多少张照片分赠朋友啊？”
陈明仁顺口说：“洗十打。”
毛泽东风趣地说：“少了嘛，洗五十打！这样就没有人说你被共产党软禁了。”
几天后，陈明仁被毛泽东邀请在家里吃饭时，主动提到四平之战，表示内疚。毛泽东笑了笑说：“两军相战，各为其主嘛！犹如划船，都想划赢呀！”
