毛主席阅后，复电刘邓，中央将会商中原机构组织问题。
粟裕得知这一情况后，向毛主席力陈：“华东离不开陈军长”。
到5月5日，刘邓第二次电催中央，请调陈毅。并建议陈毅任中原局第二书记，中原军区副司令员兼中野司令员。
至5月9日，中共中央终于采纳了刘邓意见，调整了华北、中原两解放区辖区后，改组了中原局等机构，以邓小平任中原局第一书记，中原军区、中原野战军政委。陈毅任第二书记。刘伯承任中原军区及中原野战军司令员，陈毅任军区及野战军第一副司令员，仍兼华东野战军司令员、政委。
刘伯承、陈毅两位亲密的老战友又一起共事了，当然他们的担子很重，刘邓陈将负起率领中原、华东两大野战军作战的光荣艰巨任务。
陈毅于1948年5月30日，偕同调任中原局第三书记的邓子恢，离开濮阳前往中原就职，他还负有党中央委托他，向中原军政干部传达中央十二月会精神的任务。
出发前，陈毅对准备工作考虑得很周到。他从电报中得知，刘邓部队在远离后方千里的新区，坚持大别山斗争，经历了难以想象的艰苦生活，当严冬到来之际，十万将士还薄衾单衣，刘邓都要亲手缝制棉衣御寒，别的方面就可想而知了。陈毅从濮阳到豫西中原军区驻地宝丰，行程逾千里，长途风尘仆仆，路上也不太清净，还要提防敌人袭扰，更多的东西是无法携带的，他就嘱咐保健医生翟光栋，带几箱最好的西药和医疗器材，给中原的首长们用，以维护他们的健康。
刘邓非常重视陈毅、邓子恢的到来，一行人刚下太行山，刘邓就派陈赓到晋城迎接。当时路上不安宁时有土顽活动，为了陈邓的安全，陈赓首先命令纵队副司令，率两个旅的部队，从洛阳的龙门到宝丰，将沿途的土匪进行了一次“清扫”，他自已亲自带警卫连，把陈毅接过黄河，迎进洛阳。各纵队领导，也都从宝丰赶到洛阳迎候，会齐一起南下。陈毅于1948年6月14日下午，到了河南宝丰县西北，商酒务地区皂角树村，中原军区驻地。
陈毅到达后，和刘邓一起，住在村边小院旁。后勤部门专门给他腾了一间宽敞的房子，离作战科十几步，方便工作。
陈毅到来之前，刘邓就在机关介绍了陈毅的斗争历史，号召大家向陈总学习。中野的同志对新四军军长陈毅的英名，早已如雷贯耳，如今要朝夕相处，都十分高兴。
陈毅到达的第4天，就用了整整3天时间，向中原局、中野机关和附近驻军县、团以上干部，传达了中央十二月会议以来，党中央、毛主席一系列的指示及会议精神。讲话一开始，他就非常谦虚的说：“我来这边参加工作，我们大家同在刘邓领导下工作。”而刘伯承向大家介绍时，则称陈毅是“军委派来的代表”。的确，陈毅是党中央授命传达中央指示的，所以他说：“中央给我的任务，要我代表党中央向中原全体同志问好！”
陈毅在谈到党中央会议及毛主席所作《目前形势和我们的任务》这一报告的背景时，说：毛主席亲自讲：“我在大别山各兵团没有站住脚，我们不敢开这个会，我也不敢讲这个话，不敢讲伟大的转折点，蒋介石可以打倒，这篇文章要等一年半载再写。因为中原部队站住了脚，胜利靠得住，现在我们才要开会分析、估计，大胆地写文章，向全国人民号召，准备在几年内取得胜利。”陈毅的传达，使中野广大干部战士，对刘邓领导的在大别山进行的十分艰苦的斗争，在全国革命产生的影响，有了更深刻的认识，从而大大地鼓舞了斗志。
陈毅与刘邓融洽相处
陈毅到中原后，见刘邓不用秘书，就叫自己的秘书去中原军区秘书科工作了。每天就和刘邓一样大部分时间都在作战科办公。
刘邓也没有保健医生，陈毅的医生翟光栋就成了他们共同的医生。陈毅去以前，中野的医疗条件很差，刘伯承看病都常吃中药。陈毅去后，就叫翟光栋看病时，将带去的好药给刘邓等首长服用，而他自己生病时，却常去找中野的卫生部长用针灸治疗。
在起草给中央或军委的电报时，他们都是相互谦虚传改。如需三人署名时，陈毅起草的电稿署的都是“刘邓陈”，而邓小平起草的电稿就是署的“刘陈邓”，至今在档案馆内，还能看到老一辈革命家这种深具谦虚美德的电报原稿手迹。
陈毅和刘邓相处十分融洽，亲密。他们住在紧邻，三人都有早起习惯，邓小平起得最早，天一亮就起床，身体也特别好，即使冬天也洗冷水澡。刘伯承每晚临睡前，放一杯盐开水在床头，早上一起床就喝掉这杯冷的盐开水。第一件事就是问警卫员，今天天气如何？刮什么风？云往哪个方向走？大军统帅时刻关心着与战事关系密切的天气变化。他在起床后打一趟拳，然后就端一个小板凳，坐到树林边读俄文，天天如此，从不间断。陈毅早起打拳后，就散步思考问题，一言不发。秘书、警卫员都知道这时候别去打扰他，不然是要挨ke的。
早饭后，他们一起到作战室，或各自办理当天的繁忙军政事宜。晚饭后一起散步，这时气氛就较轻松了，谈天说地，内容十分广泛，政治、军事、文学、历史，直到干部思想、士兵生活，敌军情况，有时还谈到家乡风物（他们三人都是四川人）当年留法、留苏的回忆及轶闻掌故等。谈话中常常夹着四川常用的歇后语，生动、形象，妙趣横生。
在生活上他们也是互相关心。有一次，炊事员做了一碗鸡丝面给刘伯承送去。这在当时艰苦环境中是很难吃到的。他就问：“邓政委、陈司令员有没有？”炊事员说都送了，他才肯吃。
陈毅在中野虽然工作很紧张，但心情十分愉快，不像在华野，有个饶漱石在身边，老是嫉恨他，千方百计盘算他。虽然饶漱石的许多阴谋诡计未能得逞，常常是搬起石头砸自己的脚。但当时，却使胸襟坦荡，性格豪爽的陈毅很不愉快。所以到中野后，他与刘邓相处就心情格外舒畅。滂沱大雨挡不住刘伯承的承诺
陈毅一向钦佩刘伯承对部队对自己均要求十分严格的作风。为了培养大批急需的党政财经干部，中原局成立了中原大学，由陈毅兼任校长。举行开学典礼那天，陈毅请刘伯承去讲话，刘伯承欣然答应准时前往。中原大学校址，离野司驻地还有几十里地，陈毅先走了，谁知走后下起了倾盆大雨。陈毅在大会开始前到处走动，与学员们聊天。校务部门的同志见雨越下越大，就对陈毅说：“雨越下越大，恐怕刘司令员不会来了，是否先开会？”陈毅一听，摇头说：“不行！不行！一定要等，刘司令员这个人是说到做到，一定会来的！”果然，刘伯承在滂沱大雨中，坐车到来。那时坐的都是缴获的美式小吉普车，挡不住风雨的。刘伯承已是浑身湿透。陈毅迎上去说：“这么大的雨还来。”刘伯承说：“说来就要来的。”陈毅要刘伯承去换衣服，不要讲话了。他确实耽心刘伯承淋了雨生病。刘伯承连声说：“开会！开会！”衣服都顾不上换，就向会场走去。会议开始，陈毅以此事为开场白，说：“刘司令员这一行动，就是对我们全体同志一次遵守纪律的最好教育！”会场上顿时响起热烈掌声。
陈毅对两大野战军的团结十分重视，身兼华野司令员、政委，他对华野的干部，甚至很高级的领导，也是要求很严的。豫东战役之后，华野负责人以“军事观察家”名义，在报纸上发表文章，评论该役胜利。文章对中野部队在战役进行中，大力配合作战，在南线牵制胡琏、吴绍周两兵团，在西线牵制郑州敌人的作用未具体提到，显然是忽视中野在全战役中起的重要作用。实际情况是，当时为了保证华野豫东作战的胜利，刘邓陈曾亲自组织前进指挥所，率领中野4个纵队在南线作战，部队为此付出过相当大的牺牲，这些都是陈毅亲自经历了解的，而华野领导也是知道的。所以陈毅看过这篇文章后很生气，当然，他对从这件事反映出来的问题想得更深些。
另一件事，是有一天华野参谋长陈士榘到中野营以上干部会作报告，介绍打洛阳的战斗经验，虽然报告总的讲得较好，但对炮火的作用说得有些过份。以至陈士榘讲完后，天都黑了，刘伯承还叫大家不要走，接着讲了话，叫大家不要有光想依靠大炮作战的心理，强调过去战争中甩手榴弹也战胜了敌人的事实，部队应根据现有装备条件，发挥我军长处，勇敢机智地战胜敌人。
陈毅从这两件事想到许多问题，他认为事情的发生，其根源还在主要领导干部的思想作风、政治修养，如果不及时尖锐指出，任其发展下去，不但对这些同志本人的成长不利，而且会影响两大野战军的团结，那就会对革命事业带来不可估量的恶果。想到这些，陈毅再也无法平静了，他于7月24日，给华野代司令员、政委粟裕，参谋长陈士榘，发去了一封很长的电报，并报中央。电文措词十分严厉，指出：“无论个人的骄傲与部队的自大作风，均属政治问题，即是弱的表现”；要他们“在雨季整训中，注意上述问题的检讨。”
粟裕、陈士榘，很快于7月28日，复电“陈军长，并报军委”，表示“完全接受批评并进行了检讨”并向刘邓及兄弟部队表示歉意。陈士榘也表示，那天讲话后就觉得有不妥之处，“希多方加以指示”，并对步炮协同问题作了解释。
虽然从井岗山时期起，陈毅就是粟裕、陈士榘的老上级，但对当时华野这么高级的领导人提出如此坦率严厉的批评，也表现了无产阶级革命家陈毅胸襟坦荡，对战友、同志和革命事业的高度责任心和原则立场。
淮海大决战三常委轮流值班
淮海战役时，刘伯承、陈毅、邓小平是总前委常委，邓小平是书记。他们住在宿县西北约40公里处一个叫小李家的村子里。村子也的确小，只有二、三十户人家。邓小平、陈毅，为了照顾年大体弱的刘伯承，将他安置在一个单房间里住，邓陈则在此屋的外间，安上两张行军床，对面而卧，为了不影响休息，这里的一部电话机拉了很长的线，谁讲话就到外面去讲。作战室在同一小院的另外几间屋里，总前委的三位领导，就在这里指挥敌我双方兵力逾百万的，决定中国革命之命运的淮海大决战！
在这空前规模的大战役中，工作异乎寻常的紧张，以往战斗中，刘陈邓在作战部署下达后都略事休息，一般由李达参谋长掌握进展，有特殊情况再请示他们，但淮海战役非同小可，他们决定，一昼夜24小时中，一定要保持有一位首长亲自掌握全局，由三人轮流值班。邓小平、陈毅，一直像对待兄长一样尊敬和照顾刘伯承。刘伯承考虑到这一点，就先发制人，抢先提出，三人一视同仁，昼夜值班，“平等待遇”。但邓、陈坚决反对，以二对一的多数票，否决了刘伯承参加值夜班的动议，在经过一番“争论”之后，才同意保留一条：遇着特殊情况时，可以在夜里把刘伯承叫起来一起商议。邓小平又进一步提出，自己身体好，应尽量多值夜班。陈毅当然也不同意，一定要二人“分享”值夜班之权利，即使如此，刘伯承在关键时刻还是不睡，直接给各纵队司令员打电话，了解战况，布置任务，有时用四川话叫大家“要过坳！”而邓小平经常是整夜不睡连续工作。陈毅总是催他“该休息休息，轮到我了！”邓小平才回去闭一会眼睛又来了。所以三位常委“轮流值班”却常常是大家都在。他们是那样的辛劳，以致一段时间过去后，刘伯承的眼镜都快挂不住要往下掉，陈毅不用减胖也成了瘦子，而一向很注重军容的邓小平，竟连修脸的功夫都没有，留起了胡子。这些都那么真实地记录在淮海战役五位总前委成员合影上，看了那张珍贵的照片，直令人感慨万千。
决战时刻，陈毅甘愿啃骨头
在淮海战役进行过程中，每逢研究重大军事行动时，陈毅总是先发言，讲完后就说：“我的意见讲完了，请主帅（指刘伯承）最后决定！”
刘伯承总是谦虚地说：“大家商量，大家商量。”在场的同志也笑。
陈毅却严肃地说：“莫笑！下决心只有主帅，不能大家下。司令员是你，我是副司令！”
当然，一些重大决定，往往还是刘邓陈三人共商定下的。
身兼华野司令员、政委的陈毅，十分体谅中野部队从大别山出来后，部队人员、装备不太充实的实际情况，经常向中央建议，让华野多出部队参加歼灭黄维兵团的作战，除牵制部队外，华野有三个纵队在参谋长陈士榘带领下，直接参加了总攻黄维兵团的战斗。在南线，光消耗，无缴获，最艰苦的阻击任务，就是华野第6纵队担任的。这个纵队是新四军的主力部队，许多同志是陈毅在赣南三年游击战争时的老骨干。淮海战役中陈毅常常直接掌握这个纵队，给纵队领导打电话、写信，严令他们准备伤亡过半，保证中野歼灭黄维兵团作战的胜利，华野6纵坚决执行了陈毅的命令，付出很大代价，圆满完成了阻击任务。
陈毅命令华野一个汽车团，昼夜不停地向中野这边送弹药，一次几十车，对中野作战是有力的支援。
总攻黄维兵团部时，陈毅命令华野特种兵纵队司令员陈锐霆，将主要炮兵全部拉过来支援。陈锐霆接受任务后，冒着敌机空袭的危险，大白天带了个骑兵班，驰马亲至中野领受任务。华野特纵的参战，对全歼黄维兵团起了重要作用。
在打扫战场时，华野个别部队，为争战利品和中野部队发生争吵，问题闹到统帅部来了。陈毅闻知此事，接过电话筒，对该部指挥员说：“你听着！这次战斗中缴获的武器，包括你们已经拿到手的，立即全部交给中野部队！你没有看到兄弟部队的困难吗！谁违犯这一条，要给以严厉的处分！”他接着又说：“不光你的武器结他们，战斗结束后，把你们也交给中野！分什么彼此？都是共产党、毛主席领导�