陈赓还奉彭德怀之命，起草并发出了一个关于进行战术反击的指示，大意是：要求各级指挥员平日必须研究地形及掌握敌之行动规律，将随时所得情报切实研究，定出各种情况下的行动腹案，才不致临时仓促；反击必须有充分的准备，如火力组织、射击计划、弹药之及时供给、出击道路之及时选择、通信网之形成等，特别是反击时机不宜过迟又不能过早，过迟敌已立稳脚跟，过早则又欠准备周到，这些均有赖指挥员之机动果断，平日之经常准备和部队之训练有素。各军师首长要切实检查准备工作情况……更应总结反击不成功的教训，教育部队，是为至要……彭德怀对这个指示甚为赞赏。
这些命令和指示，对贯彻执行“持久作战，积极防御”的战略方针和对后来战局的发展，都起了重要作用。
9月下旬，敌人发起秋季攻势，对志愿军阵地实施有重点的轮番进攻，每次进攻，都有大量飞机、火炮、坦克掩护轰炸，其猛烈与残酷为过去所罕见。阵地顷刻之间化为焦土，树木转眼间化为灰烬。但志愿军仍顽强固守，也造成了敌人的惨重伤亡，遗尸累累。
在这场战役中，陈赓全身心投入作战指挥，每天要看上百份战报，对战况进行综合分析，及时果断地采取对应措施。过度的疲劳，弄得他经常失眠，不得不服用大量安眠药片，以期入睡。直到10月下旬，敌之攻势锐减，战况趋于缓和。这时，陈赓也累垮了，彭德怀只好送他回国休养。
1952年3月，他经过休养，自觉身体康复，便又回到前线。这次，毛泽东是叫他替换彭德怀的。4月初，彭德怀奉召回国休养，前方的一切职务都交由他代理。
美国空军对中方交通运输线的狂轰滥炸有增无减。陈赓集中精力解决巩固阵地、改善后勤、加强西海岸防御等几个关键问题。4月下旬，他出席了志愿军各兵团、各军参谋长会议，并作结总发言，强调说明坑道工事在当前防御作战中的作用，根据各部队创造的经验，提出了坑道必须与野战工事相结合，与防御兵力相适应，既有作战设备又有生活设备等要求。会后，全军以坑道工事为骨干的防御体系形成，其结果不但增强了我军之防御稳定性，而且节省了兵力，减少了伤亡，解决了前沿部队的粮食弹药储备等问题。
哈尔滨军事工程学院是中国一所着名的军事工程大学，许多人都知道其建立与发展与陈赓关系极其密切。人员是他找，干部是他配，他最大的特点是用人不拘一格，对知识分子极其尊重。
1952年夏天，正在朝鲜指挥志愿军作战的陈赓，奉调回国。开始接受一项新的、艰巨的历史任命，筹备一所大型的现代化军事工程学院——哈尔滨军事工程兵学院。目的是为了适应现代化战争的需要，培养大批能够掌握先进科学技术的人才。并且这项任务几乎是白手起家，与援越抗法、援朝抗美相比，任务一点不轻。当陈赓受领任务时，既没有校舍、设备，也没有教员，陈赓必须从头做起。
经过一个多月的勘察研究，校址定在哈尔滨。在中央政府的直接关怀下，成立了筹备委员会。陈赓自己把主要精力放在教师和校舍两件大事上。他请弹道专家张述祖教授根据建校方案中确定的专业来提出所要聘请的教授和专家名单。张教授抖着写好的一长串名单，连连咋舌：“我写是写出来了，可要调齐这班人，难，太难！”并且调齐这班人“起码要政务院副总理一级批，有些恐怕非得总理点头。”
陈赓拿着名单，找贺龙、陈毅副总理以及习仲勋、安子文、杨秀峰等领导同志商量，有些人员还需请周恩来批示。为此，陈赓不知费了多少周折，上班时间找不到，他就在周恩来上班前到家里去“堵”。邓颖超告诉他周恩来刚走。他又一气追到国务院西花厅，周恩来要在这儿接见民主人士。他探头一看，客厅里坐满了人，周恩来谈兴正浓，不断询问着客人的近况。他不好进去，就卡在周恩来的必经之路——厕所旁。周恩来上厕所，他就跟进去。周恩来看他一手拿纸，一手拿笔，好生奇怪，问道：“陈赓，你来做什么？”
陈赓把纸和笔递上去：“有几个教授的名单，请批一下。”周恩来苦笑说：“你等一下不行吗？”“等一下，你就走了。”陈赓不依不饶地说。
“你真是急性子。”周恩来在名单后面签上一行字，又嘱咐道，“军事学院的两名教授，我已经跟刘伯承同志说过，你再找他，请他支持。”
陈赓前脚从西花厅后门出来，后脚就火速赶到刘伯承住处。刘伯承老远望见陈赓急匆匆的样子，故意脸一虎：“你的手真长，来挖我的墙角来啦？”
陈赓毕恭毕敬：“师长，我哪敢呢。”“你鬼心眼多着哩。”刘伯承用手点着他说，“你办院我能不支持你？你还叫总理给我打电话。”陈赓搔搔头皮，“嘿嘿”一笑。
在各方的支持下，很快就从华东、中南、西南、京津四个地区抽调了78名教授和专家，并成立了17个基础调查教授会和23个专业教授会。与此同时，陈赓又报请中央军委同意，从各大军区挑选300名优秀的大学毕业生成立助教队，请已经来校的教授、专家给他们讲课辅导。受聘的上百名教授讲师陆续到达学院。1953年9月1日，中国人民解放军军事工程学院在哈尔滨正式建立，陈赓任院长兼政治委员。陈赓坚决贯彻中央军委确定的教育方针，团结全院师生员工，尊重、关心知识分子，充分发挥专家、教授们的积极作用，很快就把学院办成了一所规模宏大、师资力量比较雄厚、教学设备比较齐全的培养军事科技人才的高等学府。三十多年来，一批批学员从这里被派往各军、兵种和国防科技各部门，真可谓“桃李满天下”。
1954年，他被任命为中国人民解放军副总参谋长。1955年，被授予大将军衔，一级八一勋章、一级独立自由勋章和一级解放勋章。1956年，当选为第八届中共中央委员。1957年代理总参谋长职务。1958年，兼任国防科学技术委员会副主任。1959年，任中华人民共和国国防部副部长。由于积劳成疾，自1957年起，他就得了较严重的心脏病，经常发作。同时还患有失眠、气喘等痼疾。病魔不断损害着他的健康，但他继续忘我地工作。在他任职期间，凡我军建设和我国国防建设上的重大成就，几乎都有他的一份心血在内。
1955年9月，陈赓(右一)被授予中国人民解放军大将军衔后在天安门城楼上。1960年11月，陈赓的心脏已接近停跳的边缘。
陈赓第一次心肌梗死是1957年。这一年他特别忙。2月份到南京、无锡、镇江、苏州等地视察防务；3月又从上海出发，去沿海岛屿勘察。由于过度疲劳，他曾摔倒在浴室里。他严重失眠，靠服药水才能入睡，经常感到头晕目眩。4月回北京，紧接着又是各种会议。6月底又离开北京，冒着溽热，前往广东、福建等前沿勘察。9月，出访苏联。10月，海陆空大演习……他从上海回来时脸色蜡黄，不住地用手摸着胸部，对傅涯说：“我可能坚持不了啦！”但他还是支撑着，照常上班。
12月19日，吃完早饭，他穿好军服，准备去总参谋部上班。因为有人登门，稍稍耽搁了一会儿。客人刚离开，他的胸部就出现了疼痛，整个胸部像个不停充气的皮球，窒息得他有种濒死的感觉……他终于从椅子上滑到地板上，不省人事。满脸冷汗，汗水淌进眼角，像一颗颗泪珠。“爸爸哭了！爸爸哭了！”正在办公室地板上玩耍的小涯子爬到爸爸身边，一会儿扒扒爸爸的眼睛，一会儿拍拍爸爸的脸。可是爸爸从来没像今天这样不理睬他，他吓得大哭起来。
哭声传到前院，等人跑来一看，陈赓已倒在地板上。陈赓被抢救过来时，突然近乎谵妄地喊道：“对他不能让步！”陈锡联说他说的是前天会议上的一场争论，便安慰他：“你命都不保了，别想那么多啦！”
他在医院卧床三个月。如果他能像普通人那样，遵守医嘱，休息一段就好了。但是在国家建设时期，长期战争生活培养了他的习性，在他身上几乎养成了一种惯性——不把一天的工作排得满满的，甚至不打几个电话，都会难受得想发火！
1959年上半年他任解放军副总参谋长，还兼国防科委副主任，有个国防科研项目要在京郊20公里处试车，他要亲自去观看。这天一早，家里同时接到两个电话，傅涯两只手拿着两个听筒，一个是军委办公厅打来的，一个是中央保健室打来的，都是叫傅涯劝阻陈赓不要到试车的地方去，傅涯放下电话，追到门口，陈赓的汽车已经开跑了，只有后面溜起一溜得意的黄雾。傅涯又给那个单位打电话，请他们准备些急救药品。中午，陈赓回来，一进门就大声嚷嚷：“傅涯，你汇报吧，就说我活着回来了！”傅涯一解释，他气又消了：“妻子的约束很重要，可你要约束我的工作自由啊！”这年5、6月间，陈赓再次心肌梗塞。以后，陈赓被迫退居第二线。
1961年3月，他躺在病榻上，开始写他思考了很久的一篇军事着作。多少年来，他总是习惯于自己动手，而现在，他不得不把腹稿口述给身边工作人员了：
“现代作战，火力发展，原子、导弹等新武器杀伤力大，破坏力强，战争爆发突然，防御上有困难，敌人装备好，机动性大，易占主动。在这种情况下作战，我们有很多困难。我们的国防工业和科学技术还不很发达，尖端尚未突破，对付导弹的防空体系还没有解决。战争的突然性固然对我们威胁很大，但是，敌人技术装备上的优势不是决定的因素，原子弹、导弹不能最后解决战斗，最后解决战斗还是要靠陆军占领阵地，靠地面部队的争夺和搏斗。只要我们抗得住敌人的突然袭击，我们的国防体系、经济体系不瘫痪、不瓦解，就没有问题。经得起这个第一关，胜利就是有把握的……”
稿纸一页一页地翻下去，饱蘸着他的心血。突然，他的心脏病又发作了，处于弥留状态。
陈赓正在经历着他平生最后一次搏斗，与病魔的生死较量。额头上不断渗出细小的汗珠，疼痛不断地侵袭着他、折磨着他的意志。他软弱无力地转动着身子，喘息着问妻子：“今天是不是应该打肝素啦？”
医生还没有来。看到陈赓痛苦的面容和额角的冷汗，妻子傅涯紧紧握住他的手，焦急地望着他的眼睛。陈赓已经把牙齿咬得格格发响，使尽最后的力气挣扎着。
医院的大夫终于赶来了，俱晚矣！打强心针，无效！按摩，无效！做人工呼吸，还是无效！穿刺，依然无效！
用尽了一切办法，结果还是一片静寂，静寂得连窗外寒风折断树枝的响声也听得出来。“首长！”站在近旁的护士首先失声痛哭。“爸爸！爸爸！”孩子们拥进来，围在床头，叫喊着，哭泣着。“陈赓！”傅涯低声呼唤着，热泪顺着面颊滚滚流下。他仰脸躺着，不再回答。
1961年3月16日8时45分，陈赓大将再没有起来。
一颗红星就这样陨落了，但他作为创业者的丰功伟绩将永载史册。