百色起义后，成立了红七军，张云逸任军长，邓小平任政治委员，龚楚任参谋长。1930年11月7日，红七军7000多人集中在河池举行整编大会，整编后的红七军下辖第十九、二十、二十一3个师。龚楚继续担任参谋长，同时兼战斗力最强的十九师师长，政委为邓小平。

由于龚楚熟知井冈山红军的建军经验及政治工作制度，在红七军的建军过程中起了不小的作用。1931年1月，红七军进入湘南，经宜章县开进广东乳源县梅花墟，试图建立根据地，以便与江西中央苏区联成一片。从连州方面追击红七军的国民党粤军陈济堂部尾后追来，和湖南宜章赶来的湘军十九师由老坪石方向经西仙桥直奔梅花墟，以两倍的兵力，联合围击红七军。在敌强我弱的情况下，红七军损失惨重。龚楚臀部也负了伤。为保存革命力量，避免更严重的伤亡，红七军决定实行战略转移。4月，龚楚转到上海治疗。8月，离沪抵达香港，转道中央苏区。

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。