自此，陳明仁因蔣介石不能主持公道而隱懷異志。更讓蔣介石沒有想到的是，自己一手栽培的陳明仁，在1949年8月4日，竟然與程潛領(lǐng)銜通電起義了。
此時的陳明仁已就任國民黨軍華中“剿總”副司令兼第一兵團司令官，率第二十九軍、第七十一軍駐扎在湖南長沙。全國解放大勢所趨之時，陳明仁宣誓：“軍人以保國衛(wèi)民為天職，明仁忝膺省政，服務(wù)桑梓，既愛國，復(fù)愛鄉(xiāng)士。”
于是，陳明仁和程潛率國民黨所屬長沙“綏靖”公署、第一兵團部轄3個軍9個師和3個保安師等共12萬余人起義(其中，有頑固軍官帶4萬人起義后不久叛逃)。
程潛和陳明仁率部起義后，毛澤東致電程、陳兩將軍稱：“毅然脫離偽府，參加人民革命，義旗昭著，薄海歡迎。”1949年8月25日，毛澤東親自修改新華社時評《湖南起義的意義》，明確指出：“程潛、陳明仁兩將軍在湖南起義，嚴重地震撼了華南、東南、西南、西北的國民黨殘部，國民黨殘部唯一的光明前途，就是脫離蔣介石、李宗仁、白崇禧集團，接受中國共產(chǎn)黨的領(lǐng)導(dǎo)。”
8月29日，人民解放軍湖南軍區(qū)成立，陳明仁任副司令員。司令員、政委分別由人民解放軍十二兵團司令員蕭勁光、政委黃克誠兼任。9月10日，陳明仁和程潛應(yīng)毛澤東電邀抵達北京，作為特別代表出席第一次全國政協(xié)會議。聶榮臻、羅瑞卿、張友漁等到車站迎接。毛澤東、周恩來、朱德多次接見并宴請陳明仁等人。9月19日，毛澤東邀請陳明仁和程潛等人游天壇。到了天壇祈年殿，毛澤東特地從人群中召喚陳明仁：“子良，來，來，我們兩個單獨照個相。”合影后，毛澤東問陳明仁：“你準備放大加洗多少張照片分贈朋友?。?rdquo;
陳明仁順口說：“洗十打。”
毛澤東風(fēng)趣地說：“少了嘛，洗五十打！這樣就沒有人說你被共產(chǎn)黨軟禁了。”
幾天后，陳明仁被毛澤東邀請在家里吃飯時，主動提到四平之戰(zhàn)，表示內(nèi)疚。毛澤東笑了笑說：“兩軍相戰(zhàn)，各為其主嘛！猶如劃船，都想劃贏呀！”
陳明仁表示堅決接受中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)，向解放軍學(xué)習(xí)，服務(wù)人民，效力國家。
毛澤東征詢地問：“你今后的打算是從政還是帶兵？”
陳明仁說：“如果可能，我還是在軍事上為國家盡一些力。”
毛澤東鼓勵說：“我看林彪打仗不如你。讓你擔(dān)任解放軍二十一兵團司令員吧，有什么條件你盡管提出來。”
陳明仁以職業(yè)軍人的姿態(tài)答道：“報告主席，我現(xiàn)在真正服從了共產(chǎn)黨，無條件服從領(lǐng)導(dǎo)。”
毛澤東笑容滿面，說：“啊呀，人家提出條件，我倒好辦，你這個沒有條件的，我倒不好辦了！這樣吧，從今以后，解放軍有飯吃，你也有飯吃，共產(chǎn)黨的軍隊有衣穿，你有衣穿，一視同仁。”
9月25日，陳明仁在政協(xié)全體會議上發(fā)言，坦誠地回顧了自己的歷史。陳明仁說：“我是一個軍人，我是黃埔第一期的一個學(xué)生，本來是以衛(wèi)國救民為天職的。20多年來，參加北伐，參加抗日，打了不少硬仗。不料，蔣介石在抗日勝利后撕毀政協(xié)決議，發(fā)動內(nèi)戰(zhàn)，他欺騙我們，驅(qū)使我到東北與解放軍作戰(zhàn)，我仍舊也和勝利以前一樣，替他出過不少死力。但是，由于事實的教訓(xùn)，使我們開始漸漸發(fā)覺參加這種內(nèi)戰(zhàn)，徒然為蔣介石私人做工具，完全違反人民利益，心理上總是耿耿不安。嗣后和各方面接觸較多，了解進步，對于這種內(nèi)戰(zhàn)，更屬越加由懷疑而厭惡，由厭惡而苦悶，最后終于覺悟過來。蔣介石在起義前幾天還派員送電報給我，要我‘大義滅親’。因為程潛將軍是我進黃埔以前的老校長，意思是叫我殺害程將軍，并要我率部十萬死守長沙。我現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了蔣介石不僅是不革命，簡直是反革命，簡直是人民的公敵，我當(dāng)然要打倒他。他是我們的校長，現(xiàn)在我便給他一個‘大義滅親’。當(dāng)時白崇禧也派專機送來一個命令，叫我派兵包圍程潛將軍所住的水陸洲，實行兵諫，必要時采取斷然處置。倒是白崇禧他本人如此反動確是需要給他一番兵諫的，我的起義即為兵諫的有力表示。我多年在蔣政權(quán)之下，徘徊惶惑，到現(xiàn)在才大夢初醒，才走向真正的革命方面來。在黑暗中掙扎過多少年的我，一旦獲得光明，可以大步邁進，我的心情，是多么愉快，多么興奮。我愿意完全接受毛主席的理論與實踐統(tǒng)一的思想，虛心學(xué)習(xí)，努力實踐，改造我自己，改造我所統(tǒng)率的部隊，絕對以不怕死、不怕苦的精神來完成我們革命軍人的任務(wù)。”
1949年11月，根據(jù)毛澤東向林彪、華中局、湖南省委關(guān)于陳明仁部隊的整編問題的指示和起義部隊的人數(shù)，陳明仁率領(lǐng)的國民黨起義部隊被改編為中國人民解放軍第二十一兵團，轄第五十二、五十三軍。陳明仁任二十一兵團司令員，唐天際任兵團政委。
1949年12月2日，中國人民解放軍第二十一兵團在駐地瀏陽縣城舉行隆重的成立大會，兵團司令員陳明仁身穿解放軍軍服，精神煥發(fā)地主持成立大會，并宣布中國人民革命軍事委員會的命令。
