במהלך מלחמת סין-יפן השנייה שהחלה בשנת 1937, שירת צ'ן כקצין מפקד באזור המלחמה השלישי, והוצב לפיקוד על העיר השנייה בגודלה בסין, ווהאן. המוניטין של צ'ן נפגע לאחר ההפסד בקרב על ווהאן אך שוקם עם הניצחון הסיני המרכזי הראשון במהלך הקרב הראשון על צ'אנגשה. בהמשך המלחמה, ביחד עם מספר מפקדים סינים מרכזיים, הכוחות הסינים הצליחו ליצור סטטוס קוו בקו האש וכל התקדמות יפנית נרחבת נעצרה עד למבצע איצ'י-גו בשנת 1944.