抗日戰爭開始後，陳光擔任八路軍115師343旅旅長，率部參加了平型關戰鬥、廣陽戰鬥，連續兩次重創敵人。平型關戰鬥打破了日軍不可戰勝的神話，有著極為重要的意義，這個自不必多說，對陳光來說，更為值得一提的是廣陽戰鬥，因為這次戰鬥是他獨立指揮的，戰果也不在平型關戰鬥之下。
平型關戰鬥後，由於晉綏軍作戰不利，日軍還是突入了娘子關。為了掩護國軍撤退，115師師部命陳光率343旅在廣陽鎮設伏，殲滅日軍超過千人。在戰鬥中，343旅參謀長陳士榘率部攻入廣陽，親手活捉了一名日本兵，這是八路軍在抗戰中第一次俘虜日軍。
1938年2月，林總因為身著繳獲的軍大衣，被晉綏軍哨兵誤傷，陳光被任命為115師代理師長。當時，日軍第20師團一部進佔臨汾，威脅到了陝甘寧邊區的安全，正在戰鬥打響之前，師長受傷，給戰鬥前景蒙上了陰影。
陳光臨危受命，指揮115師在羅曲、午城、井溝一帶突襲日軍，採用夜襲之策，將敵人分割包圍在公路兩側，殲滅20師團一部一千多人，炸毀汽車79輛，繳獲的槍枝彈藥、物資給養不計其數。剛剛擔當重任的陳光，交出了一份精彩的答卷。
之前，日軍108師團再次入侵臨汾，陳光指揮115師在汾離公路兩側設伏，先放敵人主力通過，然後突然發動攻擊，襲擊敵人輜重部隊，將其吃掉。敵人主力發現輜重部隊被吃掉，迅速回救，陳光早已布好了口袋，來了個甕中捉鱉，八路軍在汾離公路兩側的薛公嶺、油坊坪、王家池三次破敵，殲敵1200餘人，取得了汾離公路三戰三捷。
1939年5月，陳光又與政委羅帥指揮了陸房突圍戰，殲敵1300餘人，八路軍傷亡300多人，受到了老蔣的通電嘉獎。陸房突圍中，面對日寇大部隊的包圍圈，陳光指揮若定，不僅順利突圍，還重創了日軍部隊，就連老蔣都對115師的表現讚不絕口。
抗日戰爭後期，陳光與羅帥率115師主力開赴山東，發展壯大了山東根據地。山東根據地實力雄厚，是組建東北野戰軍和華東野戰軍的主力部隊。整個抗日戰爭期間，陳光指揮了廣陽戰鬥、汾離公路伏擊戰、陸房突圍、梁山戰鬥、午城戰鬥、泰西反掃蕩戰鬥，參與指揮了平型關戰鬥，他的戰功，在整個八路軍中都是佼佼者。
華北日軍對115師頗為忌憚，專門製作了《陳光部作戰研究》，下發給各級指揮官，對陳光的作戰方法進行總結。整個抗日戰爭期間，陳光參與的殲滅日軍千人以上的戰鬥多達五次，堪稱一位抗日民族英雄。
解放戰爭時期，林總重回一線崗位，擔任東野司令員，羅帥擔任政委，林羅體系形成。此時，陳光開始不受重用。擔任東北民主聯軍六縱司令員時，陳光率部渡過松花江偵察敵情。陳光率前哨部隊渡過松花江後，林總撤走了所有部隊，開始對陳光有所猜忌。
之後，陳光就被調離了一線崗位，擔任松江軍區司令員兼哈爾濱警備司令員。據說，林總曾對左右如此評價陳光：有他沒我，有我沒他。
曾經是自己推心置腹的部下，曾經兩次代理自己職務的愛將，到底是什麼原因導致如此的態度轉變呢？沒人知道。
遼瀋戰役時，黨對這次戰略大決戰極為重視，陳光作為能力突出的名將，再次被啟用。1948年，陳光被任命為第一前線指揮所副司令員，負責攻打長春的前線指揮，東野改編為第四野戰軍後，陳光被任命為副參謀長。
1950年，陳光被任命為廣東軍區副司令員、廣州警備司令員，1954年，陳光令人遺憾地去世，年僅49歲。
陳光的一生波瀾壯闊，充滿了傳奇，貧農出身的他，歷經戰爭年代的千錘百鍊，成長為一名傑出的軍事主官。他作戰勇猛，用兵如神，又擅長練兵，是林帥曾經極為欣賞的一員戰將，他曾經兩次代理過林帥的職務，在軍史上有著極高的地位，但這名戰將最後的人生卻是個十足悲劇。直到今天，陳光的遭遇依然令我們唏噓不已。