1935年3月，蔡长元随红四方面军参加长征，三过雪山草地。先后参加了平梁城、包城、江油、两河口、夹金山、道孚等战役战斗。

1936年10月，蔡长元随红九军参加西路军。激战古浪、梅家营子后，被调到该军新剧团任协理员。经过2次血战倪家营子后，红九军缩编成1个团，只有5个连。在进入梨园口时，蔡长元随红九军奉命把守山口，掩护部队撤进祁连山。此后，蔡长元随红军残部向西走了两天多，又奉令重返梨园口，吸引敌人，以掩护红三十军继续西进。梨园口血战后，部队开始分散突围。此时，蔡长元担任军供给部部长吴先恩的警卫员。突围后，返回祁连山中，躲藏了3个月，过着野人般的生活。1937年6月，他俩开始出山，昼伏夜行，沿途乞讨，在凉州被敌人冲散。蔡长元到了定西，却未能打听到红军的消息，又返回兰州，参加了邓宝珊的部队。打听到红军的消息后，蔡长元便带枪去庆阳方向找到了八路军三五八旅。

1937年11月，蔡长元被送到延安。12月初，进入抗大第三期学习。1938年4月毕业后，分配到晋察冀军区任组织部青年科长。

在抗日战争后期，蔡长元任中共应县县委书记兼雁北支队政委，坚持太行山区的抗日游击战争，有力地打击了敌人，保卫了根据地的人民，迎来了战略大反攻。这里只列举由蔡长元参与决策指挥进行的几次战斗，从一个面反映中国人民抗日战争敌后抗战的主要特点。

凌云口伏击战

凌云口是恒山之麓一个较大的山口。在凌云口下边三四里的地方，有一村庄叫下町,日军在此设一据点，阻挠八路军向川下活动。据点的指导官赤奇，不仅对根据地地方干部积极抓捕残杀，还对据点周围的群众残害奸淫，民愤极大。1944年春，蔡长元等雁北支队领导决定，消灭下町据点的敌人，为民除害。

支队领导制订的战斗方案是，利用当地有利地形，诱敌出击，进行伏击。侦察排长王嘉祥受命带领一个班化装成我方区小队诱敌。

4月下旬的一天傍晚，支队特派员邹振邦带一连部队在凌云口的山坡上设好了埋伏。王嘉祥执行诱敌务。经过几番周旋，敌人仍不敢进任务伏击圈。邹振邦只能调整作战方案，一方面示意侦察部队继续诱敌，另一方面将一个排的部队迁回到敌人侧后进行打击。最后，两向夹击，乘着敌人还没有清醒，发起了冲锋。但由于八路军当时的武器装备很差，没能以足够火力全歼敌人，使指导官赤奇逃脱。

地雷战遍地开花

当时应县的抗日游击战争搞得有声有色，尤其是地雷战，经常取得突出战果。地雷共有两种。一种是铁雷，是边区兵工厂生产，上级发给支队使用；一种是石雷，是支队自己因陋就简制造的，在石头上凿一个洞，里面装上炸药和雷管。这种石雷构造简单，但威力很大，而且放在路边，和普通石头没有区别，敌人也不易发觉。炸开来则是乱石横飞，最大程度发挥了山区游战争的威力，往往给敌人很大杀伤。

在引爆方式上，则分拉雷和踏雷两种。踏雷一般埋在敌人必经的道路中间，踏上就炸；拉雷往往放在路边，雷上栓绳子，战士拉着绳子的一头，躲在隐蔽的地方，见敌人到了雷跟前，绳子一拉，地雷就炸。地雷一炸，乘着敌人慌乱，战士打上一阵就撤。

敌人进山“扫荡”，被炸怕了，在行动时特别小心，往往要挑有脚印牛羊蹄印的路走。战士们则因敌而变，故意伪装，将地雷埋好，还要在上边及周围印上几个脚印，或一群牛羊蹄印，做得和人走过、牛羊走过一样。这样，敌人往往放心大胆地走，结果一定会埃炸。1944年8月3日的《晋察日报》第一版，对应县的地雷战做了介绍。标题是《应县民兵创造步枪地雷结合范例》：“雁北讯：六月二十六日至二十八日，敌以一百八十余兵力扫荡应县时，由于该县备战工作较好，使敌人在穆庄窝（穆家庄）、平道、寺儿沟，沿途挨炸。游击小队控制制高点坚决抗击敌之冲锋，创造了步枪和地雷相结合的范例，炸死敌二，伤敌三，伪六（内有指挥官、翻译官各一），大大打击了敌人的凶焰。”

下汇夺粮

下汇村是繁峙川一个较大的村庄。由于地处滹沱河畔，又紧靠南北两山，有口水灌溉，所以土地肥沃，物产丰富，是繁峙县产粮区之一。

1943年深秋，当农民把地里的粮食收打归仓之际，日军便打起了夺粮于民的主意。但下汇北边山上是雁北支队的活动区，南山是繁峙支队的游击区，东边的平型关附近又有灵丘的青年支队出没，到下汇抢粮要冒很大的风险，但敌人又在生存压力下，不能不抢。于是在1943年11月的一天，日军集中繁峙、代县的所有日伪军2000余人，并胁迫这两个县的农民赶着大车到砂河、大营一带各村抢粮。

雁北支队得到这一情报后，上报5分区首长，鉴于敌人兵力强大，远远超过雁北支队，分区首长决定，集中分区的雁北支队、繁峙支队、青年支队三个支队的力量打击敌人，保护人民群众的生命财产。鉴于这一带是平川地区，交通比较方便，分区首长决定采取截击的战术，把敌人抢夺的粮食夺回来。

具体战斗部署是，灵丘的青年支队负责打击大营的抢粮之敌，由东向西打，牵制大营的敌人；繁峙支队包围砂河据点，向敌砂河据点佯攻；雁北支队作为分区主力部队，在下汇村北山下设伏，截击敌人的抢粮车队，务必把敌人抢夺的粮食夺回来。

11月下旬的一天下午，敌人刚把抢夺的粮食装车，战斗首先在大营村打响。敌人一看遭到了八路军的攻击，立即赶着粮车向西逃去，青年支队紧追不舍，兜击敌人。当敌人逃到下汇村雁北支队的伏击圈时，分区副参谋长刘苏一声令下，几挺机枪便向敌人扫射，手榴弹也跟着飞向敌人。敌人见后有追兵，前有阻拦，只能扔下粮食夺路而逃。由于下汇村距敌人的据点只有十里，砂河据点的敌人立即出兵救援，又被繁峙支队阻击。就这样，三个支队紧密配合，彻底粉碎了敌人的抢粮计划，是当时五分区指挥几个支队联合作战的一个成功范例。

夜袭砂河

砂河在繁峙县东北，是繁峙川的一个最大集镇，侵华日军很早就在这里设置了据点。砂河与东面的大营，西边的繁峙县城，三点一线，互相呼应，相距都不太远，是敌人的重点防御地区。

砂河据点驻有日军一个小队百十多人，还有伪军一个大队300多人，镇中还有敌人的粮库和武器弹药库，平时岗哨林立，堡、炮楼上火力点密布，是一个防守非常严密的地方。这给八路军根据地造成了很大威胁，是敌人插到我根据地的一颗钉子。蔡长元等雁北支队领导，早想攻打砂河据点，只是敌人防守太严密，且兵力强大，武器精良，硬打一定会吃亏，所以一直没有得到战机。

1944年夏天，砂河内线来报，由于侵害日军在太原以南吃紧，日军抽调砂河据点的敌人南开，而从大同南调换防的敌人还没有来到，砂河据点只有一个伪军中队驻守，战斗力不强。蔡长元等判断，这是个很理想的战机，分区副参谋长刘苏决定以应县支队和繁峙支队两个支队的力量，攻取砂河据点。

当天夜里，两个支队在刘苏副参谋长的率领下，秘密前进到砂河村。繁峙支队首先包围了伪军据守的调堡，边打枪边喊话。应县支队在支队首长的指挥下，集中进攻敌人的仓库。看守仓库的是20多名日军和一小队伪军，在应县支队的凌厉攻势下，很快被全歼。战士们和随之而来的老百姓，把仓库里的武器弹药全部装车运走。而在堡里驻守的伪军被繁峙支队包围，只能眼看着仓库被搬空。这之后，繁峙支队才撤出了战斗。这次战斗，不仅狠狠打击了敌人，更大大缓解了八路军武器弹药等物资给养的不足状况。

解放战争开始后，蔡长元任晋察冀野战军第四纵队第十一旅政治部主任。1947年，任第三纵队第九旅副政治委员（政治委员空缺，由蔡主持政治委员工作）。10月，在清风店战役中，蔡长元和其他首长率该旅奉令从保定以南出发，经一天一夜强行军，行程200多里，抢先于敌鲜代表团一行到达清风店。经过一天一夜的激战，全歼国民党第三军2万余人，活捉其军长罗历戎。

1948年12月，蔡长元升任旅政治委员。当时，他率部正在唐县作战，接到火速北上阻击傅作义主力第三十五军东返北京的命令后，率全旅两个白天一个晚上行程300多里山路，首先赶到新保安镇，与几个纵队的主力团完成了对敌第三十五军“围而不打”的任务，受到军委的表扬。然后一举歼灭第三十五军主力。

刚刚打完新保安，第九旅又接到参加攻打大同的命令。2天3夜，第九旅急行了500多里山路。由于敌情变化，又奉命火速赶到北平北面的小汤山。第九旅因此有“神行太保”的美称。随后，第三纵队改为第十九兵团第六十三军，第九旅改为第一八九师，蔡长元任师长。

北平解放后，第十九兵团奉命参加太原战役。经过艰苦激战，蔡长元率该师拿下了双塔寺（太原外围三处著名的核心工事之一），并俘获国民党军长刘绍真以下900余人。第一八九师被授予“立功太原”的红旗。

华北全部解放后，蔡长元率第一八九师随大军过河入陕（西），然后进军兰州。在解放兰州的战役中，蔡长元指挥第一八九师第五六六团占领豆家山一号阵地、第五六五团占领豆家山二号阵地，与国民党军持续血战7小时，第一个攻入兰州城。所部两个连被授予“攻如猛虎”的荣誉称号。

随后在追击马家军残部时，蔡长元率第一八九师立下了一系列战功，受到彭德怀的高度赞扬，称赞蔡长元“为我们的西路军报了仇。”继而率该师参加了解放宁夏的战斗。

新中国成立后，任师长。1951年2月参加抗美援朝，任中国人民志愿军第63军189师师长，参加了抗美援朝战争第五次战役。1953年回国，任军参谋长。1957年于军事学院毕业后，任副军长兼参谋长，军政治委员，陕西省军区政治委员。是中共十二大代表。1955年获三级八一勋章、二级独立自由勋章、二级解放勋章。1988年荣获一级红星功勋荣誉章。1995年12月3日在北京逝世。

1955年蔡长元被授予少将军衔。获二级八一勋章、二级独立自由勋章、二级解放勋章。

1988年7月，蔡长元被中央军委授予一级红星功勋荣誉章。