。正始九年(248年)，陈泰被调回京城任尚书，并将权贵所送之礼全部退还。
嘉平元年(249年)，朝廷中司马氏与曹氏的斗争白热化，形成曹爽和司马懿二派对立。陈泰虽自幼与司马懿的两个儿子司马师、司马昭为友，仍尽量避免介入这场政治斗争。但身处朝廷之中，有许多事是没法躲避的。
同年正月，一直韬光养晦的司马懿趁曹爽等奉齐王曹芳去洛阳南郊谒陵之际，发动政变，率军切断归路。当时，陈泰作为尚书，也去参加这次谒陵。当司马懿派人送书给曹爽要其交权时，曹爽等仍犹豫不决。正如当初陈群参与逼献帝让位于曹丕一样，陈泰即以父亲的识时务为榜样，与侍中许允一道上前劝说曹爽，使其接受了交权条件。曹爽即派许允与陈泰为代表去与司马懿协商。故司马氏一直视陈泰为有功之臣。此后，司马氏控制朝廷。为了避开朝廷中的斗争，陈泰又主动要求外出任职。他被调任雍州(今陕西关中及甘肃东部)刺史，代替原刺史郭淮，并加奋武将军，处于对蜀作战的前线。
同年秋，蜀卫将军姜维督军进攻雍州(今陕西关中及甘肃东部)，依傍曲山(今甘肃岷县东百里)筑两城。姜维熟悉陇西风俗民情，欲诱羌胡归蜀，以控制该地区。派牙门将句安、李歆等人驻守，并联合羌胡人进攻附近各郡。征西将军郭淮与陈泰统兵抵御。二人商量对策时，陈泰说：“曲城(今甘肃岷县东漳南)虽固，去蜀险远，当须运粮。羌夷患维劳役，必未肯附。今围而取之，可不血刃而拔其城。虽其有救，山道阻险，非行兵之地也”(《三国志?魏书?陈泰传》)。郭淮从其计，遂采取围城打援策略，命陈泰讨蜀护军徐质，南安太守邓艾进围曲城，切断交通及水源，蜀军出城挑战，陈泰又命坚守阵地不战。曲城蜀军困窘不堪，甚至把干粮分给兵士，靠吃雪水过日子。姜维领兵救援，进至牛头山(甘肃岷县东南，洮河南岸)，与陈泰相遇。陈泰说：“兵法贵在不战而屈人。今绝牛头，维无反道，则我之擒也”(《三国志?魏书?陈泰传》)。遂令各部坚垒自守，不与蜀军交战。陈泰即调军南渡白水，顺河东行；郭淮率军进逼洮水，企图切断姜维退路。姜维及时发现了魏军的动向，姜维迅速撤回。而句安、李歆等人孤立无援，只好献城投降。
嘉平四年(252年)，蜀人策动西部部分民族造反，攻打郡县，陈泰即上书请求将雍州、并州兵力合在一起前往镇压。并州军队在调动过程中，因不愿远征而出现兵变，结果陈泰只好单独率军前往，亦大获成功。
嘉平五年(253年)二月，吴太傅诸葛恪取得东兴之战胜利后，恃功轻敌，不顾群臣劝阻，再次兴师攻魏。五月，姜维与吴呼应，率军数万自武都(今甘肃西和西南)出石营经董亭(均在今甘肃武山南)，进围南安(今甘肃陇西东南)。大将军司马师遣车骑将军郭淮与陈泰率关中军解南安之围。陈泰率部进至洛门(即洛门聚，今甘肃甘谷西)时，姜维因久攻南安不克，军粮已尽，被迫撤围退走。七月，吴军主力围攻新城受挫，士卒疲惫不堪，患疾者过半，死伤惨重，也被迫撤退。
正元二年(255年)正月，郭淮去世，朝廷即任命陈泰为征西将军，假节都督雍、凉二州的军事，即为当时曹魏西部的最高军事长官。
同年七月，大将军司马师病亡，司马昭控制魏国朝政。蜀将姜维乘司马师病亡之机，督车骑将军夏侯霸、征西大将军张翼等数万人攻魏。时新上任的雍州刺史王经对陈泰报告，蜀姜维、夏侯霸率军分三路向祁山、石营、金城攻来，要求分兵迎击。陈泰认为蜀军不会分数路而来，要其坚守狄道(今甘肃临洮)，待他率主力自陈仓(今陕西宝鸡东)到达后，再钳击蜀军。八月，姜维到达枹罕(今甘肃临夏东北)，遂向狄道(今甘肃临洮)进军
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