蒋介石没有想到陈明仁会如此争辩，他大声嚷道：“你竟敢这样顶撞我，我马上把你关起来。”陈明仁毫不退让，说：“我犯了什么罪？莫说关起来！就是杀头我也不怕！”一边说，一边将中将领章撕下来往蒋介石的桌前一丢说：“这个中将我不当了，你要怎么办就怎么办吧！”蒋介石气得脸色发白。
陈明仁引起毛泽东重点关注的是回龙山战役。1945年1月，中国远征军调集主力围攻滇缅公路上的重镇——畹町的回龙山，打几次都打不下来。战区指挥官卫立煌急调陈明仁率71军参战。陈明仁到回龙山，仔细研究了对手的情况。他的有效指挥，使战斗进展顺利。经过一番血战，全歼了日军侵入滇西的部队。美军观察人员称：指挥官是难得的将才！中外媒体纷纷报道，陈明仁声名大震。远在延安的毛泽东了解了回龙山战役之后，称其为“战术杰作”。在随后的解放战争中，毛泽东曾致电东北战场的指挥官林彪，对陈明仁不可轻敌，应多研究回龙山战例。
1949年8月4日，程潜、陈明仁领衔，37名将领联名发出起义通电，宣布湖南正式脱离国民党广州政府。8月下旬，中共中央和毛泽东电邀程潜、陈明仁到北平参加中国人民政治协商会议第一届全体会议。1949年9月19日，毛泽东邀请程潜、陈明仁等同游天坛公园。陈明仁虽久经沙场，毕竟是第一次和毛泽东见面，不免有些拘谨。陈毅把陈明仁推到毛泽东跟前，随着摄影师按动快门，历史永久地记下了这一幕。毛泽东对陈明仁说：“后天，也就是21日，我们的新政治协商会议就要开幕了，各方面的人物都有，唯独还缺少蒋介石的嫡系将领，你来了，代表性就都全了。”