1941年1月初，正是新一年开始，陈毅和刘少奇在苏北盐城，调兵遣将准备反击国民党顽军李仙洲、汤恩伯等可能发起的进攻。
面对蒋介石咄咄逼人的反共攻势，党中央下令，新四军“军事指挥在总指挥（叶挺）未到江北以前，统一于副总指挥陈毅、政治委员刘少奇的指挥之下……各部须完全服从他们的命令，不得违误。”
为了部署工作，陈毅与刘少奇商定1月12日举行一次旅级以上干部会议。可是，他们发现日军在盐城附近据点突然大量增兵，敌、顽随时可能夹击盐城一带的新四军。1月7日，陈毅前往八路军第五纵队第一支队检查防务。
正在这时，皖南事变已经发生了。
11日下午，陈毅返回总指挥部，收到叶挺军长的电报，其中说:
“本军五昼夜不停与五六倍之敌激战于重围，计划又告失望。现将士疲劳过度，只好固守一拼，惟士气尚高。……今事已至此，只好拼一死以赎其过。”
刘少奇与陈毅紧急商定如何对皖南军部实施救援，发电给党中央:
"请求朱(瑞)陈(光)罗(荣桓)准备包围沈鸿烈(国民党山东省政府主席)，我们准备包围韩德勤，以与国民党交换。”
三天后，党中央复示同意，并下令陈毅、刘少奇:“限10天内准备完毕，待命攻击。”
12日，江北的新四军高干会议如期在盐城城郊举行。13日皖南叶挺等人电讯中断，军部下落不明。与会者无不万分焦急。15日，皖南突围完全失败，叶挺军长等人被国民党扣押。会上，许多人听了失声痛哭。
陈毅也是十分难受。抗战局势发生如此重大变换，反而使得他和刘少奇冷静下来了。陈毅说：“如何驾驭目前的形势，我们必须作理智的思考。”
经过思考，刘少奇说：“日军没有赶走，抗日仍然是大局，我们的基本方针应该不变。处理这次事变，还是要在政治上取攻势，而在军事上则宜取守势。”
陈毅表示赞同，并且说：“蒋介石已经下手了，如何处理，还要看形势下一步的发展，现在我们必须准备应付更大的事变，一不能急躁冲动，二也不要悲观失望。”
高干会议上，陈毅和刘少奇讲述了自己对目前形势的看法及应取的处置方针，然后，宣布会议结束。
陈毅渐渐没了皖南事变之初的激动，开始静观局势的发展。
17日，重庆军委会发布了反革命命令，诬蔑新四军是“叛军”，宣布取消其番号，并说要将军长叶挺交付军事法庭“审判”。这几乎已在陈毅预料之中。为了反击蒋介石等人的新“进攻”，当日，他与刘少奇一起发电报致党中央:
”拟在苏北成立新四军军部，并以陈毅代军长。”
针对蒋介石等人的作为，陈毅和刘少奇针锋相对，提出了反制措施：一、成立新四军军部，二、以陈毅为代军长。这个建议是十分理智和合适的。
这，马上得到了毛主席和党中央的同意。1月20日与22日，中央军委先后发布命令和发言人谈话，任命陈毅为新四军代理军长，张云逸为副军长，刘少奇为政治委员，并强烈谴责中国亲日派的罪行。
陈毅和刘少奇接到党中央的命令后，于1月25日下午在盐城举行庆祝新军部成立大会。会上，发布了新军部领导人就职通电。
皖南事变发生后，针对蒋介石等的倒行逆施，陈毅自荐担任新四军代军长，不是要官当，而是在新四军失败的局势下决心收拾残局，重整旗鼓的大勇之举，是临危受命的大将风度。后来，有人回顾这段历史说：
“陈老总临危站出来力挽狂澜，历史上有三次，一是1927年秋冬和朱德把南昌起义军带出危境；二是1934年到1937年和项英坚持南方游击战争，保住了南方的红色武装；三是他和刘少奇一起在皖南事变后力挽新四军危局。”
陈冠任著、中共党史出版社的《中国人民解放军十大元帅：解放军十大统帅鲜为人知的历史》一书记述了此事，该书为该社的年度畅销书，曾经名列中国军事畅销书热卖榜第一名（如图）。
