黄埔学生军成立之初就小试牛刀，仅仅半个晚上，就一举剿灭了长期盘踞广州市区的商团武装。但由于作战时间选在深夜，对手又是类似民兵性质的雇佣军武装，因此不能充分彰显其战力。但随后讨伐军阀陈炯明时爆发的棉湖之战，给了黄埔学生军充分展示的机会。
黄埔学生军出征陈炯明。
1923年孙中山组织联军把陈炯明逐出了广州，但陈炯明仍盘踞东江潮汕一带，阴谋再起，严重威胁国民--的生存。1924年底，陈炯明集结部队，准备打回广州，兵力号称10万，实际上大约5万人。其中战斗力最强的是林虎所辖的广西军，4个步兵师约1万5千人。
仅有两个团却将星云集。
这两个团可谓将星云集，何应钦、钱大钧分别担任两团团长，营、连、排各级军官分别由黄埔一期毕业生担任，徐向前、黄维、杜聿明、范汉杰、郑洞国等人均在其中。而炮兵连长则由陈诚担任。他们人数虽少，但都受过良好的政治和军事训练，武器装备也优于各军。
2月13日一大早，团长何应钦面对敌军五六千人，命令一营攻击正面之敌，三营由右方前进攻敌之左翼，二营及炮兵连控置于第二线为预备队。林虎军凭借有利地势，居高临下杀来，双方绞在一起，战线越拉越长，阵地反复易手。
危急时刻全员上阵。
林虎见正面强攻难以奏效，于是将主要攻击方向转向左翼。何应饮立即命今三营迅速攻击前进，占领右前方制高点。战至上午11时左右，黄埔学生军已伤亡修重，其中一营一连军官仅剩两人，其余全部伤亡，只能奉命从第一线撤出。
敌军冲到了距团团部仅100余米的地方，何应钦命二营长刘峙率预备队六连渡过小河，向敌人猛冲，同时命炮兵轰击，毙敌20余人。11时30分，林虎再度向一团方向大量增兵，对二营五、六连阵地猛烈攻击。何应钦将最后的预备队四连也投入战斗。
陈诚亲自开炮晋升营长。
林虎这时已发现了一团指挥所所在，派出重兵强行突入，冲在最前头的敌军离指挥所只有几十米的距离了。学生军拼死抵挡，何应钦命令号长吹起了冲锋号，带领团部所有人冲锋。苏联顾问加仑将军的几个助手和警卫员也拔枪投入了战斗。黄埔军顿时士气大振，杀声震天动地。
炮兵连长陈诚亲自指挥架炮，亲自瞄准，亲自拉火。头一发炮弹正落在团指挥所前面的一堆敌人当中，林虎军突然遭到炮火轰击，顿时惊慌失措，掉头就跑。由于陈诚此战的功勋，蒋介石立即宣布提升陈诚为炮兵营营长。
二团被拖入战斗。
此时各阵地上杀声震天，战况空前激烈。一团已无兵力可调，只能收缩防地固守几个高地。二团团长钱大钧因为没有接到命令，按兵不动，在旁边看着一团拼杀。眼见团长优柔寡断，二营营长刘尧宸自行率领部队向前攻击，逼的钱大钧下令一营、三营也随后跟进，最终全团投入战斗。
这时正是下午1点，一团的战斗处于最艰苦的关头。二团这支生力军的加入，马上有效地减轻了压力，但依然险象环生。下午2时许，正在阵前与敌厮杀的营党代表李之龙得到报告：一团三营营长王俊刚才冲锋时，被一股反击的敌人俘去了。
李之龙大吃一惊，连忙站到阵前看过去，见100多米远的地方，十几个敌人正扭着王俊回归本阵。于是二话不说，立即带人如猛虎般地从山上冲下来，硬生生地把王俊抢回来了。
苦战之下终于克敌制胜。
当天18时，棉湖战场逐渐沉寂了下来，经过一天的血战，黄埔学生军以寡敌众，付出重大伤亡，终于获得了胜利。
3月15日午后5时，黄埔学生军全体集合训话。前来劳军的廖仲恺代表中央委员会奖励给每个团1000块钱，并且激动地说：我赶来是带着中央委员会的命令来慰劳你们、犒赏你们的，正好碰上这次棉湖大捷。总理过去曾经想把学校培养成革命军，你们真正当得起这个称号。”
苏联顾问加仑将军激动地说：“我们以为苏联十月革命时，处境非常困难，作战是非常英勇的，但也很少有可以和这次棉湖战役相媲美的。”说完当场解下身上的佩剑，赠与何应钦。
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