学士侍讲如故。又经过几次迁官后，陈夷行担任工部侍郎。
拜相期间及以后.开成二年（837年）四月，时任将仕郎、守尚书工部侍郎、知制诰，充翰林学士，兼皇太子侍读、上骑都尉、赐紫金鱼袋的陈夷行进为同中书门下平章事，为实质宰相，与李石、郑覃共事。次年（838年），李石辞职，杨嗣复、李珏拜相，陈夷行在表达政见上很诚实，认为杨嗣复弄权，在议政时常与杨争执。陈夷行称病请辞，文宗不许，还派宦官去他家慰劳。此后，陈夷行继续频繁弹劾杨嗣复（柏杨等人以此认为陈、郑属李党，而杨、李属牛党）。尤其是在同一年