1936年7月陈长捷升任第72师（辖两旅）中将师长。1936年11月12日获颁四等云麾勋章、国民革命军誓师十周年纪勋章。抗战爆发后，率领第72师参加南口战役。战后，1937年8月第七十二师与新独四旅合编为预备第一军，陈长捷为军长，在代县集结待命。平型关战役时在鹞子沟和团城口与日军血战12个昼夜。1937年10月预1军改称第61军（辖第72师），仍任中将军长。1937年11月15日晋任陆军中将。1939年3月9日升任第13集团军（总司令王靖国）中将副总司令兼第61军军长。1939年5月26日调升第6集团军