1940年8月中旬，陈诚率领第六战区五个集团军，四十万人马来到湖北恩施，镇守重庆东大门。自南京、武汉相继沦陷以后，日军始终将其锋芒刺向中国抗战大本营。通往重庆及四川的湖南、湖北两地，总是炮火连天。第六战区不仅要对付陆上向西进攻的日军，还要堵截企图沿长江闯入四川的日军。
陈诚时任第六战区司令长官，还兼任湖北省主席。到了恩施，他还收留逃亡教师和学生，兴办战区教育事业。陈诚一到恩施就创办了湖北省立师范学院、省立农学院和省立医学院。这三个学院的院长，都是从国外留学归来的专业博士，都是陈诚使尽手段，竭尽恭敬之意将他们从重庆等地请来恩施效劳的。
陈诚将逃亡到恩施来的大批教师、学生组织起来，兴办了若干所学校，统叫“湖北省联合中等以上学校”，当地民众称为“联中”，由陈诚亲自兼任联中校长。
陈诚经常以一副文质彬彬，温文尔雅的面孔，到教师、学生中来，笑容可掬地问寒间暖，征求意见，变着法儿赢得知识界和广大青年的拥护。他提出计划教育方升，指派人员编印《计划教育实施纲要》、《湖北省中等学校升学就业办法》等教学法规。所谓计划教育，就是全部实行公费教学制度，所有学校，都是培养各方面专业技术人材的地方。
陈诚亲自抓教育，以“严师态度，父母心肠”对待教师和学生。
因为侵占学生利益，他亲自下令撤换了建始高中和巴东初中的校长；恩施一名粮仓主任，因将发了霉的玉米供应给学生，被关押了起来；利川一名学生被土匪杀害；陈诚顿时怒火万丈，限令利川县长于国祯在两天内破案，抓获凶手。
1938年1月，南京政府迁至武汉，湖北成为四川大后方门户。是年春，武汉卫戍司令部成立，防守武汉及其周围，陈诚任总司令。国民政府军事委员会政治部部长陈诚一直留守在武汉，想起早年在黄埔军校时结识的周恩来，决定力邀周恩来参加政治部领导工作；经中共中央同意，周恩来获准出任国民政府军事委员会政治部副部长。在国共第二次合作抗日统一战线中，陈诚兼任武汉中央政府革命军事委员会政治部部长，当时周恩来为副部长。
6月，第九战区成立，陈诚任司令长官（薛岳代），防守湖北南部、湖南、江西一部，参与武汉会战。陈诚先后还兼珞珈山军训团教育长、航空委员会、中央训练委员会主任委员、军委会战时工作干部训练第一团副团长、三民主义青年团书记和中央训练团教育长。
1940年7月，统帅部成立第六战区，陈诚任司令长官，兼湖北省政府主席，驻节恩施，坐镇陪都门户。陈诚所部于上高战役、湖北战役取得胜利。
1943年，日军大举进攻第六战区，恩施岌岌可危之时，陈诚下令，省府以下各级公职人员一律不准擅离恩施。同时，他却命令省教育厅三科科长王延杰火速去川湘鄂交界的安全地带，为各校联系落实校舍，首先将学生和教师撤离。在战斗打得最激烈的几天，他还抓电话到教育厅，询问各校撤离情况，并规定不准一个学生掉队，否则，拿教育厅长是问。
1943年，陈诚任中国远征军司令长官。同年5月，离开云南，返回湖北，指挥对日作战，取得鄂西大捷。1944年11月，任军政部部长；1945年1月，兼任后勤部总司令。八年抗战，陈诚将军指挥国军和日寇多次作战，为保卫陪都重庆，取得抗战胜利作出杰出贡献。