2个团新兵，蒋介石将反蒋失败的第四十五师番号改交卫立煌，原第四十五师所剩部队与4个新兵团合并成立新第四十五师，蔡炳炎任该师第一三五旅第二六八团团长，进驻徐州，兼徐州警备司令。1931年初，中原大战结束后，新第四十五师改编为第十师，调往井冈山参与对中国工农红军的第三次“围剿”。蔡炳炎复回陆大特别班完成没有修完的学业。1932年春，蔡炳炎在陆大特别班学习结业后调至南京，任胡宗南部第一师参谋长兼开封警备司令。旋任第十八军军部参谋兼干部训练处副主任。后应安徽省政府主席吴忠信之请，任安徽警备第二旅旅长。9月，