在大冶胜利起义之后，杜中美带领他的部队随红五纵队活跃于鄂东南地区，特别是在1930年1月至3月期间。在红五纵队的统一指挥下，杜中美率第一大队在湖南粤汉铁路沿线展开了激烈的游击战，接连拔除多个反动民团据点，还参与了对咸宁县城夏斗寅部的袭击，成功歼敌数百人。他的战斗才能不仅体现在指挥作战上，还体现在善于做政治思想工作，因此得到了红五纵队政委何长功的高度评价，称赞他聪明勇敢且擅长带兵作战。

4月8日，红五纵队进攻赣鄂边境的瑞昌城，陈奇负伤后，杜中美接任第二支队党代表一职。随着红五纵队的发展，它扩编为红八军，杜中美担任第二纵队的第二支队支队长。随着编制调整，红八军改为师、团体制，他晋升为第四师第二团团长。在红三军团成立后，他仍然担任团长，带领部队参与了一系列关键战役，如攻克长沙和攻打长沙的战斗，凭借出色的指挥，他被提升为第四师参谋长。

1932年春天，红三军团受命进攻赣南的赣州，尽管久攻不下，但杜中美在撤退至江口整编后，担任第三师第十团团长。他带领第十团西渡赣江，开辟新苏区，并辗转至粤北地区。8月，他回到江西，参与了乐安、宜黄战役和闽赣边境的建黎泰战役，展现了他的军事才能。

1933年2月，杜中美在第四次反围剿中以第十团团长的身份出战，战役结束后，红三军团进行改编，他被任命为第四师参谋长。随后，他协助师长张锡龙率第四师入闽作战，1933年9月，他又协助师长带领全师从福建返回江西，参与中央苏区的第五次反围剿。在这次战役中，杜中美参与了洵口、沙县、广昌、高虎脑等18次激烈的战斗，有力地打击了敌军，战绩显著。

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