陈长捷出生于1897年，福建闽侯人，出生于一个贫寒的农民家庭。七岁的时候，他进入家乡的私塾读书，陈长捷也深知学习的不容易，因此读书格外用功，学习成绩很好。稍微长大后，他在亲友的资助下，前往福州师范学堂就读。1917年，陈长捷弃文从武，考入保定陆军军官学校。
进入保定陆军军官学校之后，陈长捷进入第七期骑兵科学习，在校期间，他与第五期学员傅作义等人关系很好，结下了深厚的友谊。1919年，陈长捷从保定陆军军官学校毕业，当时傅作义已经在晋军炮兵第十团任职，受傅作义的邀请，陈长捷也加入了晋军，成为山西陆军第四混成旅步兵第七团的见习官。
加入晋军之后，陈长捷迅速受到重用，后又担任了该团第五连少尉排长、第三营营副、营长、代理团长、参谋长等职务。1927年6月，阎锡山投向国民革命军，并担任了北方国民革命军总司令，此后陈长捷在阎锡山的指挥下参加了北伐，多次与奉系军阀交战，他也在作战中迅速成长，至1935年已经被授予陆军少将军衔了。
1936年，陈长捷被任命为第72师中将师长，1937年，全面抗战爆发后，他迅速奔赴抗日前线，从雁北开往雁门关以南，守平型关到阳方口一线。不久后，在阎锡山的安排下，陈长捷升任六十一军军长兼第七十二师师长，并在1937年9月指挥了著名的平型关战役。
9月26日，日本侵略者在平型关东战场被八路军打败之后，主力全部西进，其中一部从闭城口南进攻，夹击鹞子涧的陈长捷的一个团。陈长捷的部队奋起反击，战斗至28日，全团仅剩通讯排一部分和不足一排的伤兵，其余全部壮烈殉国。
在这之后，陈长捷撤出战场，前往五台山一带休整，此后他又率部参加了忻口会战以及保卫太原的作战，尤其是忻口会战期间，陈部在南怀化、红沟间与日本侵略者反复争夺半个月之久，最终付出了惨痛的代价，消灭了日军的三个联队，歼敌之多、战况之烈为抗战初期所仅见。
1939年，陈长捷升任第六集团军总司令，不过，仅仅一年之后，他就受到阎锡山的怀疑，并被解除了军职。被解除军职之后，陈长捷率领一个警卫营前往绥远投靠了傅作义，并担任了晋陕绥边区总司令部中将副总司令等职务。
抗日战争胜利后，陈长捷被调到安徽，担任了第二十军军官总队总队长，1947年，他又被调到兰州。1948年年初，应傅作义邀请，陈长捷出任天津警备司令，主要负责完备天津城防工事。上任之后，陈长捷确实尽职尽责，努力修筑天津的防御工事，甚至自称把天津修得“固若金汤”。
辽沈战役之后，东北野战军南下，发起了平津战役。平津战役期间，我军对北平主要以包围为主，对天津则以进攻为主。战斗期间，陈长捷拒绝了我军劝他放下武器的请求，并且执迷不悟，顽抗到底。
很快，我军解放了天津，陈长捷也兵败被俘，并被关押起来。被俘初期，他被关押在河北井陉，后又转移到功德林战犯管理所。1959年，在傅作义的帮助下，陈长捷被第一批特赦，此后他又担任了上海政协秘书处专员等职务，于1968年去世，终年71岁。