山东假独立之后,陈干带领震旦公学20多名骨干分子抵上海,后又偕裴鸣宇、吕子人等去浦口与柏烈武接洽。柏烈武委任陈干为宪兵司令,同去南京,与陆军部总长黄兴及粤军总监邹鲁会晤,陈干上书孙中山先生,陈说北伐大计。陈干的军事战略,博得孙中山、黄兴的赞赏,授命陈干为山东民军统领。陈干与葛云龙、姚雨平率军沿津浦路北伐。攻下徐州后,因陈干的想法被误解,革命中途而止。
担任山东民军统领率军北伐,边走边募扩至万人
　　山东假独立之后,陈干带领震旦公学骨干分子吕子人、裴鸣宇、张婺源、李次元、张伯言、陈延训等二十余名,由青岛乘船抵上海,住山东会馆。因急于筹款购买军械物资,陈干乃出示布告,以山东人名誉,拍卖山东会馆。旅沪商人闻之惊恐万状,遂设法集资六千元。陈干命吕子人回青岛召集百余人,昌邑籍同盟会员多人从军,组成齐鲁敢死队,开赴上海。
　　当时在上海的山东党人,多主张随海军一起攻占烟台,然后西窥省城济南。陈干独排众议,认为“胶东无用兵必要,烟台位处僻远,蜷伏海隅,难以成事”。陈干主张“此时应从大处着眼,沿津浦路北上,攻克济南,百八县可传檄而定,影响全省”。山东党人蒋衍升、丁惟汾,杜裴潜、刘基炎、胡瑛、张婺源等返回烟台,配合起义军民,共同经略胶东。
　　陈干偕裴鸣宇、吕子人等去浦口与柏烈武接洽。民国成立时柏烈武任第一军军长,兼北伐军总指挥,他将该军二师冷遹部下的一支淮军拨给陈干,委任陈干为宪兵司令。然后同去南京,与陆军部总长黄兴及粤军总监邹鲁会晤,陈干并上书孙中山先生,陈说北伐大计。
　　陈干曰:“欲保长江,必进攻两淮,欲保两淮,必占领徐州,欲定中原,须下山东,断不宜苟且偷安,以蕞尔金陵为万世之业”。陈干力主组军,沿津浦北伐,这一重要的军事战略,博得孙中山、黄兴先生的赞赏,于1912年1月26日,授命陈干为山东民军统领,他是北伐中为数甚少的北方籍军事将领。
　　陈干将山东民军编成两队,由浦口出发,经滁州北上,边走、边募、边训,至凤阳已集合万余人,驻军凤阳时,又收编了凤阳民军模范营一营,招编了匪首胡某及李华堂各部千余人,将所部扩编为三个营,改称宪兵联队。
一路大破清军,陈干主张被误解革命中途而止
　　1912年1月下旬,南京临时政府因袁世凯犹图抗拒革命,总指挥部决定六路进兵讨伐。陈干的宪兵联队与葛云龙率领的浦军,广东姚雨平的粤军协同汇合。三路军奉北伐军总指挥命,同时沿津浦路进军北伐,计划“占徐州,捣济南,定幽燕”。
　　粤军为主力,浦军协粤军右冀而进,联队协粤军左翼而进,至固镇时与清军张勋相遇,发生战斗。革命军士气旺盛,追敌至宿州城外。由于宿州知州李维源倾向革命,遂将宿州一带地形及敌情报告给革命军,陈干乃与浦军、粤军合谋,以联队迂回战略,出击宿州北面要地,浦军、粤军则发动正面进攻。虽然清军炮兵、骑兵均占优势,但革命军又一次以少胜多,以弱胜强,大破清军。清军受到猛烈的攻击后,即败退宿州,张勋仓皇逃走。
　　陈干经固镇、南宿州战役后,收编泰安起义的部分清军和几支山东地方部队,在胜利进军中补充壮大军容。山东党人杨哲夫率民军千余人由丰县五团来投；而彭占元等在涡阳的同盟军,遣使与陈干联合。联队军声大震,遂改称为淮泗讨虏军,陈干任司令。张勋部节节失利后,革命军追敌至徐州南之夹沟,遂派代表乞和。双方代表于2月10日在符离集车站谈判,但未能达成协议,革命军遂分三路进攻徐州。
　　徐州位于苏、皖、鲁、豫四省交界之处,是控制东西南北之要冲,历来是兵家必争之地。革命军分三路进攻徐州,中路为粤军,司令为林震,沿津浦路北上。右路为浦军,司令是葛云龙。左路为淮泗讨虏军,司令是陈干。陈部先后攻下丁家围子、濉溪、萧县至徐州。张勋在三路革命军的围攻下,狼狈北窜,革命军遂于2月13日下令攻徐州,17日攻下,并追敌至韩庄,军势大振,徐州之役,在辛亥革命史上占有重要的一页。
　　陈干率部攻下徐州后,革命军正准备进一步大举北伐,实现收复山东、直捣燕京、彻底消灭清统治者的预定目标时,袁世凯迫清帝退位,南北议和,共和昭下。陈干曾主张暂密下议和电文,待攻下山东后再宣布,但众将哗然,以为他有野心。陈干的想法不被理解,他因革命中途而止,坐失良机深感痛心。写下《渡淮》诗:“淮水泛天际,将军脱战衣。两河父老在,望断汉家旗。”
任三十九混成旅旅长　奉命驻守徐州云龙山
　　1912年1月1日,孙中山在南京宣誓就任临时大总统。南京临时政府成立之后,最大的问题就是军费开支。军队庞杂,还有繁多的敢死队、义勇队及各省民军,总数不下30万人。所以整饬军队就是头等大事。在黄兴的领导下,陆军部克服了种种困难、把混乱的革命军,整编为21个师。陈干的淮泗讨虏军,被编为三十九混成旅,1912年3月29日孙中山、黄兴任命陈干为三十九混成旅旅长,奉命驻守在徐州云龙山上。
　　1912年3月,袁世凯窃取了辛亥革命的果实,当上中华民国临时大总统。陈干驻守徐州云龙山上,部队勤于操练,严密坚守,秋毫无犯,深得民心。袁世凯心怀异志,妄图恢复帝制,诱使张勋又在宿县作乱,陈干再次率部击败张勋辫子军,这对保卫南京的安全,起了极大的作用。
　　9月26日孙中山抵达山东济南,都督周自齐及靳云鹏,陈干等陪同检阅陆军。孙中山先生出席欢迎会。27日山东各级军官代表集合于讲武堂,孙中山发表演讲,指出军人是国家的栋梁,军人要保家卫国。会后与山东军界合影,同时又与主要领导人周自齐、靳云鹏、刘冠三、陈干等七人合影留念。这张照片弥足珍贵,解放后,陈干妹妹的后人,将其藏于镜子后面达30年之久,直至三中全会后,才得以重见天日。
　　袁世凯掌权后,借黄兴之手,消减革命军队。陈干接到解散三十九混成旅的命令后,为了减轻国家的财政负担,毅然交出兵权,并陈书上报,为团营部下,恳请授以实官,俾荣归故里,以安其心。临别前写《告诫将士书》相嘱。