龚楚进入中央苏区后，被派任红十二军三十四师师长。两个月后，又接任红十二军参谋长。到职仅7天，因李明瑞在肃反中被杀，又被调往江西会昌，接任老部队红七军军长。参加了扩大中央苏区的历次战役，如赣州战役、水口战役等。

1932年底，龚楚因为犯了“右倾机会主义错误”，被撤销军长的职务，先后改任中革军委直属的红军模范团团长、独立第二十二师师长兼政委、粤赣军区司令员。

1933年，根据共产国际的指示，在中央苏区开展了“消灭地主”的运动。接连不断的清算，甚至杀到了红军干部的家属，如江西独立师师长杨遇春父母叔伯都被捕、清算，家中房屋财产全被没收。龚楚对这种滥杀政策表示异议，在5月下旬召开党、政、军高级干部会议上，再次被戴上了“右倾机会主义”的帽子，并受到严厉批评教育，给予开除党籍一年的处分，调红军大学上级训练队高级研究班受训。对革命前途灰心丧气的龚楚，为此对革命产生了怀疑，这也是他日后叛变的最主要动因之一。

1934年4月中旬，因军委总参谋长刘伯承患严重的贫血症在汀州医院疗养，龚楚被调红军总司令部代理总参谋长，参加中央苏区第五次反“围剿”。第五次反“围剿”失败后，9月5日，粤赣军区改为赣南军区，龚楚任司令员，一个月后改任参谋长，负责部署突围准备工作，并严格督促该军区第六十五团采取积极行动，向龙布、长河一带开展游击战，消灭这一带的土匪和粤军。9月21日，龚楚向朱德、周恩来、项英报告了打击和消灭敌人的部署。随后，将各县区军事部改组为游击司令部，开展游击活动。

1934年10月，中央苏区第五次反“围剿”失利，中共中央、中革军委率领中央红军主力被迫离开中央苏区，实行战略转移。转移前夕，中共中央决定在瑞金成立中共中央分局，项英任书记。同时成立中华苏维埃中央政府办事处，陈毅任主任。22日，中革军委宣布成立中央军区，项英任司令员兼政治委员，龚楚任参谋长，指挥江西、福建、闽赣、赣南、闽浙赣5个军区及各直属的地方独立部队，红二十四师，红十军，继续坚持中央苏区及其邻近苏区的斗争。