闽变结束后，调任福建省政府主席兼绥靖主任，整理福建军政。1937年抗战后，身兼第二十五集团军总司令，负责福建防务。1938年，陈仪因故枪杀军统闽北站站长、福建省保安处谍报股股长张超，引发戴笠当面向蒋介石控诉，一时与军统系关系紧张。CC派的福建省党部主委陈肇英攻击陈仪亲日不遗余力，掣肘陈仪人事安排，也对沈仲九延聘左派人士任职感到不满，也与CC派关系紧张。1941年8月，遭南洋华商陈嘉庚向国民政府主席林森指控其于闽省统制经济施政不当，又因福州被日军攻陷，驻军不战而逃，遭撤职返回重庆，后由CC派刘建绪继任福建省主