1931年3月，蒋介石调集 20多万军队，发动了对中央苏区的第二次“围剿”。
红军采取诱敌深入，待其疲惫而歼之的作战方针，在半个月的战斗中，五战五捷，歼敌3万余人，缴枪2万余支，痛快淋漓地打败了敌军的第二次“围剿”。陈光在这次反“围剿”作战中，指挥果断，英勇顽强，率全团官兵向敌人发动反击，在富田、南丰等地消灭了许多敌人。战斗结束后，陈光升任红十师参谋长。
蒋介石又调集了 30万人的兵力，于 1931年7月对红军发动第三次“围剿 ”。陈光协助师长、政委指挥部队作战，出色完成了上级交给的战斗任务。因陈光作战有功，这年 11月在瑞金召开的中华苏维埃第一次代表大会上，他荣获二级红星奖章。年底，红十师师长耿凯不幸在一次战斗中牺牲，陈光继任师长。
1932年，红十师参加了漳州等战役，陈光又两次负伤。这年10月，陈光调任十一师师长。 1933年1月的浒湾战斗，陈光率部同其他兄弟部队一起，将进攻的敌两个师击溃，并猛追逃敌。这天正下大雨，又是夜晚追击，泥泞路滑，十分难走，部队有畏难情绪。陈光果断地命令部队：坚决不能停止，必须猛打猛追。在这次战役中，陈光右臂中弹负伤，只简单包扎了一下，神奇般地带领部队，一气追敌100多里，俘虏了 1000多溃散的敌人。战后他为红十一师组建了一个补充团。
为扩大红军，保卫中央根据地，中央军委决定组建由江西、福建两省少年先锋队为主体的少共国际师，陈光任师长，肖华任政委。该师战士的平均年龄只有18岁左右。为了把他们培养成能征善战、作风过硬的战士，陈光、肖华率部开赴广昌掀起练兵、比武热潮。一个月后，开始了第五次反 “围剿”。少共国际师奉命配合红三、红六军团在东线抗击敌人。第一仗是与国民党军周志群部的遭遇战。
发现敌情后，陈光决定以一个营分兵迂回，布成口袋，将敌人团团围住。枪声一响，战土们勇敢地冲入敌阵，同敌人展开肉搏，全歼敌一个连。随即挥师渡过闽江，击溃敌军200多人，还在莲花山歼敌军一个排，前后共歼敌300多人，缴获不少枪支弹药。初次作战就打了个漂亮仗，全师的士气更加高昂。红一方面军总指挥朱德、总政委周恩来和政治部主任杨尚昆特地打电报给少共国际师，称赞他们这次战斗是“铁拳初试”。 11月，陈光调任红二师师长。陈光在少共国际师虽然只工作了 3个月，但为培养这支年轻部队的过硬战斗作风打下了良好基础。
红二师是红一军团的主力部队，战斗作风勇猛顽强，始终保持着高昂的士气和顽强的战斗作风。 9月初，陈光率部参加了温坊战斗，取得了歼敌一个多旅的胜利。
由于王明路线领导者的指挥决策错误，红军第五次反 “围剿 ”以失败而结束，被迫离开中央革命根据地开始长征。
