方面军第九军参谋长，因不肯执行张国焘反对毛泽东的路线而遭打压，被调任红军大学主任教员。1936年1月，任红四军参谋长。7月，陈伯钧任红二方面军第六军团军团长，率部到达陕北。
抗日战争时期.抗战爆发后,红六军团与红三十二军合编为八路军120师359旅, 陈伯钧任旅长。1937年9月,陈伯钧奉命率第718团留守陕北，任东地区留守处主任,359旅其余部队则在副旅长王震率领下开赴抗日前线。同年10月，入中央党校学习4个月。1938年6月，任抗日军政大学总校训练部部长，曾反对毛泽东与江青结婚