1941年1月初，正是新一年開始，陳毅和劉少奇在蘇北鹽城，調兵遣将準備反擊國民黨頑軍李仙洲、湯恩伯等可能發起的進攻。
面對蔣介石咄咄逼人的反共攻勢，黨中央下令，新四軍“軍事指揮在總指揮（葉挺）未到江北以前，統一于副總指揮陳毅、政治委員劉少奇的指揮之下……各部須完全服從他們的指令，不得違誤。”
為了部署工作，陳毅與劉少奇商定1月12日舉行一次旅級以上幹部會議。可是，他們發現日軍在鹽城附近據點突然大量增兵，敵、頑随時可能夾擊鹽城一帶的新四軍。1月7日，陳毅前往八路軍第五縱隊第一支隊檢查防務。
正在這時，皖南事變已經發生了。
11日下午，陳毅傳回總指揮部，收到葉挺軍長的電報，其中說:
“本軍五晝夜不停與五六倍之敵激戰于重圍，計劃又告失望。現将士疲勞過度，隻好固守一拼，惟士氣尚高。……今事已至此，隻好拼一死以贖其過。”
劉少奇與陳毅緊急商定如何對皖南軍部實施救援，發電給黨中央:
"請求朱(瑞)陳(光)羅(榮桓)準備包圍沈鴻烈(國民黨山東省政府主席)，我們準備包圍韓德勤，以與國民黨交換。”
三天後，黨中央複示同意，并下令陳毅、劉少奇:“限10天内準備完畢，待命攻擊。”
12日，江北的新四軍高幹會議如期在鹽城城郊舉行。13日皖南葉挺等人電訊中斷，軍部下落不明。與會者無不萬分焦急。15日，皖南突圍完全失敗，葉挺軍長等人被國民黨扣押。會上，許多人聽了失聲痛哭。
陳毅也是十分難受。抗戰局勢發生如此重大變換，反而使得他和劉少奇冷靜下來了。陳毅說：“如何駕馭目前的形勢，我們必須作理智的思考。”
經過思考，劉少奇說：“日軍沒有趕走，抗日仍然是大局，我們的基本方針應該不變。處理這次事變，還是要在政治上取攻勢，而在軍事上則宜取守勢。”
陳毅表示贊同，并且說：“蔣介石已經下手了，如何處理，還要看形勢下一步的發展，現在我們必須準備應付更大的事變，一不能急躁沖動，二也不要悲觀失望。”
高幹會議上，陳毅和劉少奇講述了自己對目前形勢的看法及應取的處置方針，然後，宣布會議結束。
陳毅漸漸沒了皖南事變之初的激動，開始靜觀局勢的發展。
17日，重慶軍委會釋出了反革命指令，誣蔑新四軍是“叛軍”，宣布取消其番号，并說要将軍長葉挺傳遞軍事法庭“審判”。這幾乎已在陳毅預料之中。為了反擊蔣介石等人的新“進攻”，當日，他與劉少奇一起發電報緻黨中央:
”拟在蘇北成立新四軍軍部，并以陳毅代軍長。”
針對蔣介石等人的作為，陳毅和劉少奇針鋒相對，提出了反制措施：一、成立新四軍軍部，二、以陳毅為代軍長。這個建議是十分理智和合适的。
這，馬上得到了毛主席和黨中央的同意。1月20日與22日，中央軍委先後釋出指令和發言人談話，任命陳毅為新四軍代理軍長，張雲逸為副軍長，劉少奇為政治委員，并強烈譴責中國親日派的罪行。
陳毅和劉少奇接到宕渣用哪個的指令後，于1月25日下午在鹽城舉行慶祝新軍部成立大會。會上，釋出了新軍部上司人就職通電。
玩那事變發生後，針對蔣介石等的倒行逆施，陳毅自薦擔任新四軍代軍長，不是要官當，而是在新四軍失敗的局勢下決心收拾殘局，重整旗鼓的大勇之舉，是臨危受命的大将風度。後來，有人回顧這段曆史說：
“陳老總臨危站出來力挽狂瀾，曆史上有三次，一是1927年秋冬和朱德把南昌起義軍帶出危境；二是1934年到1937年和項英堅持南方遊擊戰争，保住了南方的紅色武裝；三是他和劉少奇一起在皖南事變後力挽新四軍危局。”
陳冠任著、中共黨史出版社的《中國人民解放軍十大元帥：解放軍十大統帥鮮為人知的曆史》一書記述了此事，該書為該社的年度暢銷書，曾經名列中國軍事暢銷書熱賣榜第一名（如圖）。