别班，继续学习。
1931年春，蔡炳炎在中央陆军大学学习期间与北平赵志学结成伉俪后生二子一女。同年，从陆军大学毕业，被分配到军政部总务厅，任上校参议。
抗日战争时期
1932年2月，蔡炳炎调任胡宗南为师长的第一师参谋长兼开封警备司令。同年夏，调任第十八军军部参谋兼干部训练处副主任。不久调任安徽警备第二旅旅长。8月，受任安徽省保安处少将参谋长。
1933年春，蔡炳炎任安徽省保安处中将处长，又取字“絜宜”。10月，获鄂豫皖三省剿共总司令蒋功字第七号奖状受到记大功一次的嘉奖。
1935年3月19日，国民党政府行政院议决，免去蔡炳炎的安徽省保安处处长职务。4月，受任中央陆军整理处军官大队大队长。8月，进入武汉军官团，接受训练。
1936年初，蔡炳炎受任第十八军第六十七师第二〇一旅旅长。后率部驻守浙江常山、衢州和广东广州、乐昌、马坝、韶关等地。
1937年5月21日，蔡炳炎晋升为陆军少将。7月，调庐山军官训练团训练。8月，率领第二〇一旅从汉口乘船，顺江而下，向上海方向进发，参加淞沪抗战。8月24日，奉命率部抵达罗店设防。入夜，部署初定，阵前即发现敌军。传令士兵不得妄动。待敌接近阵地约50米，乃一声令下，猛烈开火，继以刺刀冲杀，全歼来犯日军。25日晨，以一团兵力，向占据陆家宅的日军第十一师团出击，攻占其前沿阵地。后因日军援兵疯狂反扑，所部死伤惨重。中午12时，亲率一营兵力在陆家宅与日军反复冲杀。激战中身中数弹，壮烈殉国。时年35岁。
1926年春，蔡炳炎任国民革命军第三师八团八连连长。
1927年，蔡炳炎晋升为第三师八团副营长、营长，授中校军衔。同年，升任第九军教导大队上校主任。不久，调任国民革命军总司令部补充第五团团长。
1928年，蔡炳炎改任第一军三师八团团长。同年秋，调任第二师五旅十团团长。
1929年，蔡炳炎任第四十五师二六八团少将团长兼徐州警备司令。
1932年，蔡炳炎调第一师参谋长兼开封警备司令，继调第十八军军部任参谋兼干部训练处副主任。同年，再调安徽省保安处任少将参谋长。
1933年，蔡炳炎升任安徽省保安处中将处长。
1935年，蔡炳炎调中央陆军经理处任少将处长。
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