此后陈部数次与西北军作战，互有胜负。当时，西北军里的甘籍官兵也有不愿随西北军出关的，杨抱诚、郭镇海等部遂倒戈，使陈部实力大增。后在西北军马鸿宾、冯治安等师的四面围剿下，陈圭章暂时低头接受西北军改编，易番号为“国民军第4路军暂编第1旅”（旅长陈圭璋）驻西峰镇。
1930年中原大战开始，西北军各部陆续东调，甘肃局面混乱，地方武装四起。陈圭章于当年应陇东绥靖司令杨承基之请，4月开驻陇东重镇平凉。对隶属西北军的杨承基来说，让以反西北军起家的陈圭章部来帮助他消灭地方土匪，无异于前门驱狼，后门引虎。果然不久，陈圭章便借故杀掉了杨承基，与西北军撤底决裂。陈圭章坐镇平凉后，收缴了杨承基部所有武器，实力大增，将原来四个团整编为五个旅另两个骑兵团，还建立了军事制度，重视起军事训练，官兵一律换发灰布军装，按月领取粮饷，乌合之众摇身一变成为正规军。从这年5月开始，陈圭章又开始着手消灭了静宁土匪吴发荣部，又从固原军阀黄得贵手里夺取隆德、浪庄，至此陇东十七县政权均被该部占有。其间黄得贵因不满地盘被陈部所占，乘陈部第3旅西进兰州（陈有雄心准备消灭冯部留在兰州的雷中田旅）之际，派部围攻平凉城。平凉守军在陈圭章亲自督战下，拼死力战。同进，西进之杨抱诚旅也回头夹击，大败黄部于平凉城下，黄部大将李富清伤于平凉瓮城中，陈圭章亲斩其头颅得胜回营。
1931年，陈部被国民政府军政部授予陆军新编13师番号。顺插一段，就在这期间，陈圭章部科长李清馥曾介绍刘志丹到平凉与陈取得联系，陈给刘志丹以十一旅旅长名义，支持刘志丹回陕北活动。刘到陕北后，陈还接济枪弹服装之类。有一次把接济物资运到庆阳准备转向陕北，被陈部旅长蒋云台所扣留。随后陕军孙蔚如兵发兰州，陈刘联系断绝。
这年夏，兰州终于发生了“雷马事变”（冯玉祥西北军留在甘肃的最后一支重要力量雷中田旅发动事变，扣留了国民政府委派的甘肃省主席马鸿宾），至冬，杨虎城部孙蔚如第17师奉中央令入甘平乱，陈圭璋亲自率领所属第3旅又两个骑兵团前往协助，雷中田部很快瓦解。陈圭璋同孙蔚如同住兰州。由于利害关系使孙陈之间发生了矛盾，陈圭章此时的确已经有了“甘人治甘”的想法，不想再让陕西军人把持甘肃政局，更何况，陇东地区已经牢牢掌握在陈圭璋的手里，孙蔚如部十七师与陕西的交通断绝，财政补充困难，孙陈两人表面和睦，内心已成水火之势。
当时的情况，孙蔚如部杨子恒旅长任兰州警备司令，部队住扎于兰州城中。而陈部孙志远旅住扎于兰州城外东教场（今拱星敦）一代。孙蔚如决定先下手为强，立即解决陈圭章部。1932年正月十五日夜，杨子恒派特务营长杜耀宗率领士兵以抓逃兵为名，冲进陈住的佛照楼旅馆，将陈逮捕，于当晚活埋于省政府西花园。由于当时正是春节，随陈同住兰州的嫡系第3旅旅长孙志远回家过年，两个骑兵团的主官刘庆祥、惠彦清也进城玩乐，部队在毫无戒备的情况下被缴械。
事出突然，消息封锁的又非常严密，住平凉的新13师师部还不知道事情的发生。陈圭章的头号大将汪飞西等于正月16为该部旅长郭镇海举行婚礼，大吃大喝，平凉城防务松弛。孙蔚如一面派杨子恒引军东进平凉，一面电令留驻平凉的杨子恒一团人马开始突然袭击。当时陈部留守的2、7旅等部被陕军打蒙了，虽然人数占优，却大部被歼，平凉主要街道都为陕军占据，各门武装都被缴械，汪飞西、郭镇海、李彦和等跳墙而逃，平凉城随被陕军所占。
事变发生以后，陈圭章13师余部4000多人撤到庆阳，但群龙无首，后杨子恒派人收编，部队顷刻间瓦解。陇东王陈圭章风云叱咤一时，却落得来去匆匆，上演了一幕令人扼腕叹息的活剧。
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