漢獻帝興平元年，陳武18歲，身長7尺7寸，面黃眼赤，形容古怪，武力過人。這壹年，孫策在壽春依附袁術，陳武前去拜見。孫策看到他這樣容貌，感到非常奇怪，就把他當作賓客加以款待。第二年，他即隨策從歷陽渡江，在牛渚打了勝仗，並連續攻克秣陵、曲阿、吳郡、會稽等地。由於屢建軍功，他被拜為別部司馬。
建安四年(199年)，孫策率軍攻取廬江，大破皖城，守城太守劉勛敗逃，其部卒多向陳武投降，因為他們都是廬江郡人，孫策為了養精蓄銳，便把這批人編在壹起，令陳武督管，經過壹段時間的訓練，這支新軍，勇敢善戰，紀律嚴明，所向無敵。
孫策死後，江東五郡諸事由孫權統領。孫權當時只有18歲，陳武比他大7歲，孫權很敬重他，象對待兄長壹樣，二人相處得十分親密。孫權還將宿衛營的屯騎、越騎、步兵、長水、射聲5校令歸陳武總督。陳武待人忠厚、仁義，遠近各鄉賓客多投奔依托其帳下，為東吳效力。孫權對陳武更加信任，經常到他家探望，相與議事談心。
赤壁大戰(208年)中，陳武為第四隊領兵軍官，帶領300只戰船和20只火船，乘風破浪，連夜趕到赤壁東邊，距曹營僅隔2裏水面，壹聲令下，戰船壹齊發火，火趁風威，風助火勢，船如箭發，煙焰彌天，頃刻間，20只火船闖入曹營水寨，被鐵環鎖住的曹營戰船，無不著火。陳武奮勇當先，率領兵士，喊聲震地，殺進曹寨，逼得曹操棄營而逃。陳武在這場戰鬥中軍功卓著，晉升偏將軍。
建安二十年(215年)，陳武隨孫權擊廬州(今合肥)，被張遼埋伏於逍遙津內的曹兵擊敗回濡須口。曹操領大軍追來，孫權被張遼、徐晃兩支軍圍困在核心。陳武為救孫權被誘入峽谷叢林戰死，待援軍到達殺退曹兵後，尋見陳武屍首，孫權哀痛至切，命以厚禮安葬，時年40歲。
《三國演義》對陳武不畏強敵、奮戰沙場的形象，有過18處描寫。
陳武身後兩個兒子，頗有家父遺風，長子陳修19歲就被孫權拜為別部司馬，授兵500人，後又提升為校尉，封都亭侯；次子陳表，為太子中庶子，官拜翼正都尉，因父死於對敵戰爭，求用為將領兵500，後領受新安都尉職，在官3年，得兵萬余人，屢建戰功，陸遜拜他為偏將軍，晉封都鄉侯。陳武父子3人的業績均已載入《三國誌》，饒有名將家風。