年春，陈镜湖率领国民军下属的内蒙古特别民军骑兵第二纵队，随冯玉祥与讨赤联军作战。8月随冯玉祥撤退至包头，改为担任骑兵旅旅长。9月参加五原誓师，10月参加援陕作战，之后被冯玉祥任命为蒲城县县长。1927年4月，陈镜湖以内蒙古代表的身份参加了中国共产党第五次全国代表大会，会前一度于土默特旗被国民党便衣逮捕，但并未暴露身份。会后因冯玉祥驱赶共产党员而离开冯玉祥部，赶赴北京，在中共顺直省委的领导下开展工作。1928年在天津参与组织中共内蒙古临时工作委员会，并担任负责人之一。1929年担任中共内蒙古特别委员会委员