4日，程潜、陈明仁领衔通电起义。晚上8时，程潜致电毛泽东主席、朱德总司令，决定即日成立湖南人民临时军政委员会，将第一兵团改为中国国民党人民解放军第一兵团，推定陈明仁任湖南省政府临时主席兼兵团司令官。5日，毛主席、朱总司令复电同意。下午，解放军先头部队第一三八师举行入城仪式，十多万市民夹道欢迎，庆祝长沙和平解放。可是，一兵团的副司令官刘进、彭壁生、张际鹏、熊新民和三个军的正副军长等拉拢部分部队叛逃，陈明仁对此深感不安。第四野战军负责人多方慰勉，肯定这次起义的意义和影响。随后，他被任命为长沙军事管制委员会副主任，于13日致电毛主席、朱总司令表示：“服膺新民主主义，接受中国共产党的领导，竭尽驽骀，以图报效。”9月3日，应毛泽东电邀抵达北京，作为特邀代表出席第一次全国政协会议，受到毛主席、朱总司令、周恩来副主席等领导人的接见。会议期间，毛主席邀约程潜、陈明仁游览天坛。至祈年殿，毛主席与陈明仁合影后，问他准备放大加洗多少张照片分赠朋友。他说洗十打。毛主席风趣地说：“这少了，洗五十打吧!这样扰没有人说你被共产党软禁了。”几天后，毛主席又请陈明仁吃家乡饭。他主动提到四平之役，表示内疚。毛主席说：“你今后仍旧带部队吧，我们已决定将你的第一兵团改编为人民解放军，还由你当司令员。”最后，还要他去济南一趟，说：“反动派造谣说杜聿明、王耀武已被我们五马分尸了。共产党耍严格执行宽待俘虏政策的；从不杀也从不虐待俘虏。杜聿明、王耀武正在济南改造，生活得很好，你去看一下，并把情况向外宣传解释一下，写些信给你那些还未过来的故旧部属，劝他们及早觉醒，莫再顽抗了。”陈明仁当即表示一定完成任务。
11月1日，陈明仁所部七万余人整编为两个军六个师，改称中困人民解放军第21兵团。12月2日，在驻地浏阳县城举行了成立大会。他宣布说：“从今天起，我兵团已经踏上光明之路，开始新生了！”
1950年2月初，陈明仁率兵团司令部从浏阳移驻醴陵，所辖五十二军移驻攸县，五十三军移驻安仁整训。12月中旬，奉中南军区命令，率部进驻广西桂南，担负小瑶山及其周围的四十八？、同正、隆安、万承、钦廉、百色、天峨地区的剿匪任务。在剿匪中，他指挥部队在山岳地带作战，爬山越岭，不畏艰难，发扬了人民解放军的战斗作风。他还要求部队模范执行政策，尊重少数民族的风俗习惯，深入发动群众，开展反霸斗争，从而争取了群众，团结了群众，受到了群众的拥护。经过五个月的战斗，共歼灭土匪三万余人。
1951年4月，陈明仁妻子谢芳如患癌症去世。后经中共中央统战部部长李维汉介绍，他与湖南医学院妇科医生肖毅重新结为伉俪。
1952年1月，二十一兵团司令部改组为水利工程部队司令部，所部投入了荆江分洪的建设工程。10月，由四十八军军部改编的五十五兵团司令部，又改为第五十五军，陈明仁任军长。不久，他率部开赴广东湛江，担负着守卫祖国南大门的光荣任务。
1955年，陈明仁被授予上将军衔，荣获一级解放勋章。曾先后担任中南军政委员会委员、中华人民共和国国防委员会委员，当选为第一届、第三届全国人民代表大会代表和中国人民政治协商会议第一届全国委员会委员，第三届、第四届常务委员会委员。
1972年，陈明仁身患癌症，被送进中国人民解放军总医院治疗。周恩来总理、叶剑英元帅十分关心他的病情，亲自过问治疗方案。在他病危期间，叶剑英、聂荣臻、王震、宋时轮、陶峙岳、董其武等领导人到医院看望。
1974年5月21日，陈明仁因病情恶化，与世长辞，终年七十一岁。5月25日下午，在八宝山革俞公墓礼堂举行追悼会。朱德、周恩来、叶剑英、聂荣臻、许德珩等党和国家领导人送了花圈。中央军委副主席聂荣臻主持追悼会，国防部副部长肖劲光致悼词。悼词指出：“陈明仁先生于一九四九年八月率部起义，参加了中国人民解放军，对和平解放长沙作出了贡献。二十多年来，他拥护伟大领袖毛主席，拥护中国共产党，积极参加社会主义革命和社会主义建设。陈明仁先生非常关心祖国的统一，对台湾故旧十分怀念，盼望台湾省早日回到祖国的怀抱。”
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