第一次反“圍剿”，陳光因戰傷嚴重無法參加。他對失去保衛蘇區的戰斗機會，心情極為不安。

1931年3月，蔣介石調集20多萬軍隊，發動了對中央蘇區的第二次“圍剿”。紅軍采取誘敵深入，待其疲憊而殲之的作戰方針，在半個月的戰斗中，五戰五捷，殲敵3萬余人，繳槍2萬余支，痛快淋漓地打敗了敵軍的第二次“圍剿”。陳光在這次反“圍剿”作戰中，指揮果斷，英勇頑強，率全團官兵向敵人發動反擊，在富田、南豐等地消滅了許多敵人。戰斗結束后，陳光升任紅十師參謀長。

蔣介石又調集了30萬人的兵力，于1931年7月對紅軍發動第三次“圍剿”。陳光協助師長、政委指揮部隊作戰，出色完成了上級交給的戰斗任務。因陳光作戰有功，這年11月在瑞金召開的中華蘇維埃第一次代表大會上，他榮獲二級紅星獎章。年底，紅十師師長耿凱不幸在一次戰斗中犧牲，陳光繼任師長。

1932年，紅十師參加了漳州等戰役，陳光又兩次負傷。這年10月，陳光調任十一師師長。1933年1月的滸灣戰斗，陳光率部同其他兄弟部隊一起，將進攻的敵兩個師擊潰，并猛追逃敵。這天正下大雨，又是夜晚追擊，泥濘路滑，十分難走，部隊有畏難情緒。陳光果斷地命令部隊：堅決不能停止，必須猛打猛追。在這次戰役中，陳光右臂中彈負傷，只簡單包扎了一下，神奇般地帶領部隊，一氣追敵100多里，俘虜了1000多潰散的敵人。戰后他為紅十一師組建了一個補充團。

為擴大紅軍，保衛中央根據地，中央軍委決定組建由江西、福建兩省少年先鋒隊為主體的少共國際師，陳光任師長，肖華任政委。該師戰士的平均年齡只有18歲左右。為了把他們培養成能征善戰、作風過硬的戰士，陳光、肖華率部開赴廣昌掀起練兵、比武熱潮。一個月后，開始了第五次反“圍剿”。少共國際師奉命配合紅三、紅六軍團在東線抗擊敵人。第一仗是與國民黨軍周志群部的遭遇戰。發現敵情后，陳光決定以一個營分兵迂回，布成口袋，將敵人團團圍住。槍聲一響，戰土們勇敢地沖入敵陣，同敵人展開肉搏，全殲敵一個連。隨即揮師渡過閩江，擊潰敵軍200多人，還在蓮花山殲敵軍一個排，前后共殲敵300多人，繳獲不少槍支彈藥。初次作戰就打了個漂亮仗，全師的士氣更加高昂。紅一方面軍總指揮朱德、總政委周恩來和政治部主任楊尚昆特地打電報給少共國際師，稱贊他們這次戰斗是“鐵拳初試”。11月，陳光調任紅二師師長。陳光在少共國際師雖然只工作了3個月，但為培養這支年輕部隊的過硬戰斗作風打下了良好基礎。

紅二師是紅一軍團的主力部隊，戰斗作風勇猛頑強，始終保持著高昂的士氣和頑強的戰斗作風。9月初，陳光率部參加了溫坊戰斗，取得了殲敵一個多旅的勝利。

由于王明路線領導者的指揮決策錯誤，紅軍第五次反“圍剿”以失敗而結束，被迫離開中央革命根據地開始長征。