刘邦在识人用人上，向来是大胆而不拘一格，他马上拜陈平为都尉。此举在汉军将领中遭到一片质疑声，那些资深将领们心里很不服气，认为陈平不过是西楚的一名逃兵，还没显露出什么才能，就被委以重任。可是刘邦对自己的判断颇有信心，不仅不为置疑声所动，反而对陈平更加宠幸。
这下子陈平可得罪了一批老将了，包括周勃、灌婴在内的实力派将领纷纷收集证据，告到刘邦那儿说：“陈平虽然是个美男子，可是中看不中用。他以前在家中就与嫂子私通，后来在魏王手下做事，魏王也容不得他，便逃到西楚；在西楚，也没得到项羽的重用，便又跑到我们这儿来了。大王对他很尊重，授予他官职，让他督统护军。可是陈平这家伙私自收取诸将的贿赂，贿赂多的人给好处，贿赂少的人给小鞋穿，实在是个反复无常的小人，请大王要详察。”
刘邦一听，这下子开始怀疑陈平了。他召来推荐人魏无知，责备他怎么引荐了这么一个品行欠佳的人呢？魏无知却也不慌不忙地回答说：“我向大王举荐的是有才能的人，而大王说的却是品行的问题。试问大王就算得到像尾生、孝己这样品行为世人所称道的人，对时局可有半点用处？如今汉楚相争，我向大王举荐奇谋之士，只考虑举荐之人是否有奇谋妙策，能否对国家有利，至于是不是与嫂子私通，是不是收受钱财，那不是我所考虑的。”
这一席话，让刘邦打消了怀疑。不仅如此，还提拔陈平为护军中尉，让他监督诸将领。这下子再也没有人敢说陈平的坏话了。
正因为刘邦的用人不疑，终于使陈平有了发挥其聪明才智的广阔舞台。他向刘邦建议，采用反间计，分化瓦解西楚内部阵营。刘邦便取四万斤黄金，任由陈平运作，丝毫不加干涉，甚至不过问陈平怎么花掉这些钱。
陈平利用这笔巨款，在楚军阵营中大施反间计，最重大的成果有两个：第一，离间项羽与亚父范增的关系，项羽开始怀疑范增，最后逼他出走，使西楚丧失了最有谋略的人才；第二，离间项羽与西楚大将钟离眛的关系，使项羽不再信任他，而钟离眛是西楚最勇猛的一员战将。
陈平可以称为汉楚战争间谍战的大师。他虽然没有横戈马上、冲锋陷阵，但是在隐蔽的情报战场上却屡屡重创对手。在汉楚战争结束后，刘邦志在削平诸王，陈平也出谋划策，他建议刘邦伪游云梦泽，不动一刀一枪，让韩信自投罗网，从而撤消韩信“楚王”的封号。鉴于陈平为汉帝国所做的项献，刘邦剖符封他为户牖侯。
陈平历汉高帝、惠帝、文帝诸朝，每个时期均有大作为。在高帝晚期，他参加平定陈豨之乱与英布之乱；惠帝六年（公元前189年）陈平任帝国左丞相，两年后升任右丞相。吕后去世后，陈平与周勃合谋，诛杀诸吕，拥立汉文帝，再立殊勋。司马迁在《史记》中高度评价陈平的功绩：“常出奇计，救纷纠之难，振国家之患。”
汉文帝二年（公元前178年），陈平病逝，结束了他非凡的一生。
