月，库伦办事大员被裁撤，陈毅奉调回到北京，改任将军府豫威将军。1920年（民国9年）8月，他任西北筹边使兼西北边防司令兼督办外蒙善后事宜。9月，他转任库乌科唐镇抚使。1921年2月，蒙古军和恩琴的俄国白军联合。陈毅率军防守败北，库伦陷落后，陈毅逃到恰克图。2月18日陈毅致电北京政府，报告库伦难民困境，提出将难民运送到满洲里进行救助的方案。3月18日恰克图失守，陈毅乘汽车北去上乌丁斯克，继续办理输送难民，收集军队事宜。4月7日，库伦和恰克图难民中有6000余名已经踏上前往满洲里的火车，陈毅即于此日也前往满