不久陈海松调升第三十六团政委。团长许世友，是他的老上级。他们并肩战斗，都十分高兴。在一次与敌军对峙作战中，敌军一部派联络员来要求接应他们起义。红军前沿指战员不信，把来人当奸细对待。陈海松赶到前沿，亲自与来人谈话，断然接应敌军一个连的起义。反三路围攻作战胜利结束，部队休整时，起义人员中有几个带枪逃跑。负责肃反的师政治部主任抓了陈海松，许世友怒不可遏，多方保救。后总部查明，策动起义的人，就是潜在敌军中四川省地下党的军事负责人罗南辉，陈海松才得以无罪释放。

1933年6月，红四方面军扩编，红十二师扩编为第九军。军部成立教导队，陈海松出任教导队政委。完成培训基层干部的任务后，他任第七十三团政委，旋即升任红二十五师政委。1933年，陈海松“一年升三级”成为红四方面军中流传的佳话。

许世友升任红九军副军长兼第二十五师师长。许陈二人一个指挥经验丰富、勇武有余，一个善做政治思想工作、足智多谋。两人配合默契，指挥红二十五师参加了仪（陇）南（部）战役，营（山）渠（县）战役、宣（汉）达（县）战役，所向披靡。尔后在反击四川军阀刘湘六路围攻的作战中，红二十五师打得英勇灵活，战绩卓著。在著名的万源保卫战中，红二十五师扼守主阵地大面山四个半月，抗击数倍乃至十几倍敌军主力的轮番攻击，阵地不为所动，大量消耗了敌军的兵力，为最后粉碎六路围攻创造了有利条件。战后，红二十五师的第七十三团、第七十五团分别荣获总指挥部授予的“攻如猛虎”、“守如泰山”的奖旗。仅一年多，红二十五师就在许、陈的带领下成为红四方面军三个有名的主力师之一。

1934年11月，部队整编。第九军由三个师缩编为红二十五、红二十七两个师零一个团。许世友调升红四军军长，陈海松升任红九军政委。

1935年1月，陈海松率红二十五师参加广(元)昭(化)战役。这是红军第一次与蒋介石嫡系胡宗南部作战，因攻坚缺乏重武器，打成平手，副师长潘友卿牺牲。接着在陕南战役中，第二十五师在转斗铺地区担负掩护主攻部队左翼侧后安全的任务。当正面战场新铺湾打成胶着状态时，陈海松挥师从侧翼疾插到陕军背后的勉县，断其退路。陕军随之溃乱。陈部即会同兄弟部队一举将陕军第四十九旅和独立旅第一团大部歼灭，克勉县，围褒城，直抵南郑城郊。2月17日，陈海松在南郑城西的长寨接见陕军中的地下党员武志平，听取了关于陕军的情况报告。他感到事关重大，即派人护送武去勉县见副总指挥王树声。

为接应中央红军北上，陈海松率第二十五师参加渡嘉陵江战役。总部选定的三个渡江点，第二十五师定在左翼的阆中以北，沿江船只都被两岸的敌江防部队劫走，总部预造的渡江器材到不了这里，这个点的渡江条件最差。陈海松决定智取。他一面暗中赶造渡江器材，一面让小股部队在敌人眼皮底下用绊桶演练，同时在驻地天天晚上敲锣打鼓唱大戏。敌军起初开枪打炮，后来就习以为常，还嘲笑红军演练的失败。3月28日夜，渡江战役开始，两个渡江先遣连偷渡成功，31日克阆中。陈海松又指挥第二十五师和红四军一个师，歼敌李炜如部三个团。接着挥师西指，强渡涪江，克中坝，与红二十七师一部会合，包围江油。这一攻势使敌人十分震惊，四川军阀邓锡侯亲率18个团增援江油。陈海松率红二十七师打援。当红八十八师攻占敌塔子山主阵地时，陈海松当机立断抛开当面之敌，挥师向敌右侧包抄。敌军顿时动摇。红军全线反击，俘敌3000余人，邓锡侯几乎被生擒。

1935年，张国焘南下到卓木碉成立伪中央后，南下的红军发起绥（靖）崇（化）丹（巴）懋（功）战役。陈海松任左纵队左支队司令员兼政委，指挥第二十七师和军部直属团（原军长何畏调走，新军长孙玉清带第二十五师在中纵队）。根据战区都是崇山峻岭、河谷交错的特点，他决定以快以巧取胜，要求各级指挥员处事果断，自己随前卫团行动。10月15日夜发起进攻，22日结束，七天进军250公里，大小战斗五个，溃敌八个多团，连克两河口、抚边、达维、夹金山、日隆关、巴郎山，缴获很多，牺牲很少。朱德总司令高度评价为“模范的隘路战”，并亲自为之写出《绥崇丹懋战役中我左支队二十七师两河口、抚边、达维、夹金山、日隆关、巴郎山一带战斗经过及其模范教训》的作战总结。

在接着举行的天（全）芦（山）雅（安）邛（崃）大（邑）战役中，陈海松任左纵队司令员兼政委，指挥第二十七师及第三十军一部，攻占芦山的太平场、大川场。陈海松在大川场负伤，坐担架指挥第二十七师分三路向邛崃、大邑进军，巧夺有敌重兵防守的瓦厂岗、木梯栳、香炉山、横山岗等险关路隘，势如破竹，前锋直抵邛崃县城西三公里的白鹤山才停下来，灌县震动。此次战役，右路、中路都是先胜后受重挫，第二十五师也牺牲很大，惟左路仅伤亡300余人。

红一、二、四方面军三大主力1936年在会宁会师后，红三十军、红九军、红五军相继渡过黄河，组成西路军，执行打通新疆的任务，陈海松为西路军军政委员会委员。

11月13日，军长孙玉清率第二十五师袭占古浪。陈海松率少年先锋团和第二十七师一部走后卫。白天阻击追敌，夜晚行军，15日才进古浪。古浪为凉州的门户，古称虎狼关，是敌必争之地。古浪城坐落在两面临山的川道里，城墙早已坍塌不齐，南山、西山距城很近，背后有开阔地，东北面是平川，东山背后为群山。陈海松察看地形后，认为此城易攻难守，不同意已作的分兵把口的部署，主张以小部队扼守要点，以主力作机动。他的意见不被采纳，他要求带一个团上东山，却只允许他带第二十七师一个营去。

11月16日拂晓，马元海指挥三个骑兵旅、两个步兵旅及四个民团来攻，激战一天。次日，敌人针对红军分兵把口的部署，改变了战术。在飞机、炮火的掩护下，以骑兵作迂回穿插，切断了各部队的联系，正面则集中步兵猛攻南山和西山。当敌人夺取制高点，冲进城内，直扑军部时，陈海松率东山一个营冲入城内，内外夹攻，才把敌人逐出城外。18日又苦战一天，当夜在红三十军一部接应下，部队突围西去永昌。

连少年先锋团在内的7000余人的左纵队，虽毙伤敌人2000多名，自己也损失兵力三分之一。军参谋长陈伯稚、红二十五师师长王海清、红二十七师政委易汉文都壮烈牺牲，基层干部伤亡更大。红九军元气大伤。

1937年3月12日，太阳初升，红三十军和总部进入甘肃梨园堡一带宿营，担任后卫的红九军到达梨园山口。陈海松在山口上观察了一下地形，即令部队（全军仅剩800余人）上山警戒。几乎与此同时，后尾传呼敌人的骑兵来了。他急令部队抢占山头。无奈第九军战士一个个衣衫褴褛，脸颊黄瘦，眼睛布满血丝，饥饿疲惫，举步艰难，只爬到半山腰，就被先从北面抢上山脊的敌人压了下来。背后就是梨园河谷，如果过早丢失山口，第三十军和总部的后果就不堪设想。陈海松急命机关人员撤退，留战斗人员占据山口南侧的一些土包和棱坎，自己带着只剩十几人的警卫排，钉在关键部位，拼死抗击敌人的疯狂进攻。陈海松和守口部队为第三十军和总部的撤退争得了一个多小时的时间，后全部壮烈牺牲。

红四方面军过草地时，后勤部门给他配备了较多的干粮和腊肉，但陈海松非常节省，尽量多挖野菜吃，而把剩下的干粮送给伤病员。陈海松很注意团结同志。在当机枪连指导员时，与俘虏的国民党机枪手连长合作的非常愉快，并向连长学会了打机枪的高招。两个人所带连队出色完成了各项任务。

陈海松担任军政委后，他把一些马列书籍和学习文件捆在包里，带在身上，有时间就拿出来看。陈海松还注重研读一些军事书籍，并虚心向有经验的老同志请教，使他很快成为一名有勇有谋的指挥员。

1937年在延安宝塔山下,毛泽东和许多中央领导人参加了为陈海松烈士举行的追悼会。

朱德总司令为红军失去一位出色的高级指挥员而深感痛惜，在抗日战争期间，他曾多次说，陈海松是四方面军最年轻有为的军级干部，可惜牺牲得太早了，如果他现在活着，一定能发挥更大的作用。

陈海松故居位于湖北省孝感市大悟县黄站镇黄站村，故居为红色景点和烈士纪念设施，在故居内布置展厅，以文字、图片和影像等形式展示陈海松烈士的革命事迹，让年轻人铭记先烈，珍惜幸福，传承革命精神。

2017年的陈海松烈士纪念日，陈海松的侄子陈道良曾赴陈海松牺牲地甘肃省临泽县参加公祭活动，并从陈海松的墓地捧回一抔泥土，以寄哀思。