10月，陈光在与罗荣桓及老部队会合后，中共东北局决定，在黑山、北镇一带设置第二道防线，交由陈光负责指挥。出于战略需要，罗荣桓当即把从山东带来的一部电台和机要人员交与陈光使用。
约两月后，林彪带领东北民主联军指挥所出关撤往阜新。此时，国民党部队已进占锦州、沟帮子一域，恶战一触即发，情急之中，林彪得知陈光处有部大功率电台，连忙致电陈光，要求调电台和机要人员火速赶往阜新。陈光考虑没有电台无法进行联络、指挥，况且林彪部已有两台大功率日制电台，当即回电希望不要调走电台。林彪则两度来电继续催调，并严辞责问陈光扣压电台，妨碍其指挥作战。见此情况，陈光忙抽调出电台及机要人员，准备送往林彪处。不料，锦州之敌大举进犯陈光部，仓促撤退之际，陈光只得带走电台及机要人员。电台就此无法上交。随后，性格内敛、含而不露的林彪多次在公开场合指斥陈光“无理霸占电台，抗命不交”。
1948年11月下旬，东北野战军百万大军入关作战。陈光随东北野战军领导机关从沈阳出发向关内挺进。在林彪、罗荣桓节制下，陈光参与指挥攻打长春、拉法、新站等战斗。担任过东北民主联军六纵司令员、松江军区司令员等职，率部参加了三下江南战役，参与指挥焦家岭、城子予、德惠等战斗。
1949年1月底，北平和平解放后，陈光即进入北平，同四野的其他领导人一起住在北京饭店。在这里，毛泽东亲自签署命令，任命陈光为第四野战军副参谋长。3月下旬，第四野战军在北平召开了师以上高级干部会议，林彪传达了七届二中全会精神。当讲到“防止居功自傲”问题时，林彪既未征得东北局同意，更未得到罗荣桓首肯，当众再次点名批评了陈光。
陈光刚接到毛泽东亲自签署任命为第四野战军副参谋长不到两月，林彪就在大会上当众点名批评，好像被劈头浇了盆冷水，十分恼火，认为这是林彪有意打击他。由此，林、陈的关系由此达到白热化。
随军南下，广州蒙冤
1949年6月，陈光随军南下进驻武汉，11月任广东军区副司令员兼广州警备区司令员。陈光在当时的华南分局第一书记、广东军区司令员兼政委叶剑英的领导下，负责剿匪肃特、维护社会治安、稳定市场物价等多方面的工作。广州紧邻港澳及海外，是新中国的南方前哨，百废待兴。与许多枪林弹雨中厮杀过来的战友一样，陈光遇到了人生的新课题，缺少对城市管理建设的经验。
当时，中央明确规定，在港、澳、台做情报工作，有一套严格的程序和高度的纪律，结果陈光在掌握政策时，表现得主观、简单和不够审慎，以致出现一些较大的错误。同时，他从局部利益出发，在老家宜章违反干部政策和一些规定，将烈士子弟和知识青年招来广州，办起了训练班。时任中南军区司令员的林彪对陈光的错误定性为“组织武装，通敌叛逃”，必须严肃军纪。陈光对林彪的迫害和不让人说话的做法极为不满。
鉴于陈光的错误和抵触的态度，中南军区给予陈光不是一般处分，而是开除党籍，撤销一切职务，逮捕监禁。7月22日晚，中南军区电告广东军区对陈光宣布撤职，执行逮捕的命令。鉴于陈光性格刚烈，又是战功卓着的老同志，电文还是强调尽量做到不扩散，具体实施由广东军区党委安排，采取先撤换警卫，再行就地监禁的办法。
陈光脾气暴烈，动不动就拔枪示威，当时谁都不敢去抓他。
广东军区连夜召开党委常委会(未通知陈光参加)，由叶剑英司令员主持，拟了几套方案，都未获认同。
广东军区参谋长李作鹏，原是陈光任115师师长时的师作战科长，他与陈光的关系也很好，叶剑英把这个艰巨任务交给了他。但李作鹏说叫我带兵去抓陈光不行，我邀陈光至广州荔枝湾泛舟游玩，叙旧开心，借机解除了他住处的武装，再在返回时实施逮捕。客观上讲，李作鹏提出这个建议，一是基于多年的战友情谊，希望在老战友被打入“另册”前，能够开开心，叙叙旧;二也是执行上级尽量不扩散的指示。作为参谋长，这是他的分内之事，不能因为后来的蜕变而在这件事上指斥他。
