道光二十七年(1847),调任署
兵部侍郎,在
军机大臣上行走。陈孚恩和侍郎
柏葰赴山东按事,弹劾
山东巡抚崇恩库款亏缺、捕务废弛,崇恩被罢官。陈孚恩暂署山东巡抚。授
刑部侍郎,回京向
道光帝陈述在
署任期间不受公费,道光帝下诏嘉奖,特加
头品顶戴、
紫禁城骑马,赐匾额“清正良臣”,荣耀一时。
道光三十年(1850),道光帝
驾崩,遗命取消自己享受
太庙祭祀的资格,下王大臣议。
咸丰帝召对,陈孚恩与怡亲王
载垣等争论于咸丰帝前,载垣等以
失仪请求卸任,下诏原谅载垣等
小节,给予
薄谴,而斥责陈孚恩“为广言起见,于大体殊属
乖谬”,降三级留任。陈孚恩后以母亲年老请求回乡奉养,得到允许。
咸丰三年(1853),
九江失陷,
江西巡抚张芾外出督军,陈孚恩与
司道留守
省城。
太平军由
安徽回窜上游,命陈孚恩和张芾筹备防务。太平军进犯
南昌,陈孚恩和张芾固守,
江忠源率援军至,力战,相持九十余日,太平军撤退。以守城功,赐
花翎。
咸丰八年(1858),
御史钱桂森上疏进言:“陈孚恩才练识明,在外数年,多所阅历,傥仍入直枢廷,或使治洋务,必能有济。”咸丰帝下诏斥责钱桂森结党,罢免钱桂森的
言官职务,回原衙门。很久以后,命陈孚恩以头品顶戴署兵部侍郎,又署
礼部尚书,授
兵部尚书。陈孚恩会同审问
顺天府乡试案,牵涉他的儿子陈景彦,陈孚恩自请严议,并请求回避,得旨,罢免陈景彦的官职,除涉及陈景彦的人仍责命会审,仅议
失察降一级,准抵销。后兼署刑部尚书、
户部尚书,调任
吏部尚书。
起初,陈孚恩以议礼得罪载垣、
端华、
肃顺等。陈孚恩再次任官后,逢迎几人希望以固其位。肃顺等被诛,
少詹事许彭寿上疏请求审理同党,论形迹最著莫如陈孚恩,最密莫如侍郎
刘昆、
黄宗汉,平日所举荐的,则有侍郎成琦、太仆寺少卿德克津太、候补京堂富绩等,于是诸臣皆被罢官。朝廷下诏:“陈孚恩当
大行皇帝行幸热河,命诸臣议可否,陈孚恩有‘窃负而逃,遵海滨而处’之语,意在迎合载垣等。大行皇帝驾崩,留京诸大臣中独召陈孚恩一人前往
行在,足证为载垣等心腹。革职,
永不叙用。”当时,
廷臣商议
郊坛配位,陈孚恩进言:“前议宣宗(道光帝)配位时,大行皇帝有定为三祖六宗之谕,出于大学士
杜受田所拟,非大行皇帝意。”王大臣等用其言,仍请咸丰帝
配祀。许彭寿再次引据咸丰帝
御制诗有“以后无须变更”之句,请求下廷臣再议,议不配祀。
同治帝下诏斥责陈孚恩
谬妄,又在查抄肃顺家的时候,得陈孚恩
私书,有
暗昧不明语,于是将陈孚恩下狱,查抄其家,追缴道光帝的赐额,贬戍
新疆。
同治三年(1864)六月,
沙俄乘新疆
回民反清举事之机,派兵侵占了
伊犁西北的博罗湖吉尔卡伦。
伊犁将军常清带领军民进行抗击,陈孚恩奋勉效力,常清为其请功,没有得到同意。
同治五年(1866),回民起义军首领
金相印,借助
浩罕汗国(今
乌兹别克斯坦)的军队支援,攻陷伊犁,陈孚恩及妾黄氏、子陈景和、媳妇徐氏、孙陈小连一同殉难。事迹上报朝廷,朝廷只抚恤其家属,陈孚恩不在其中。