1927年7月入武昌国民革命军第二方面军总指挥部警卫团，任第1营1连党代表。同年9月参加湘赣边秋收起义，任工农革命军第一军1师1团1营1连党代表，随部队上井冈山，参加开辟井冈山革命根据地的斗争。后任中国工农红军第四军第31团机枪连党代表、教导队党代表。
1929年2月，蔡会文率部随红4军转战赣南闽西，不久升任红4军第3总队第1支队政委。同年12月，出席古田会议。1930年8月任红1军团第3军政委，与军长黄公略率部参加中央革命根据地第一、二、三次反“围剿”，第3军在第一次反“围剿”中活捉张辉瓒，毛泽东曾赋诗赞扬。
1932年1月，蔡会文任江西军区政治部主任，同年10月，任湘赣省军区总指挥、总政委兼红8军政委。同时任中共湘赣省委执行委员。1933年春，蔡会文与军长萧克指挥红八军参加湘赣革命根据地第四次反“围剿”作战，连战连捷。同年6月，任红六军团47师政委。1934年任粤赣军区司令员，10月中央红军主力长征前，被任命为赣南省委委员、省军区司令员，与项英、陈毅一起留在中央苏区坚持斗争。
1936年初，蔡会文在率部转战途中与国民党军遭遇，陷入重围，突围时身中数弹，伤重被俘。敌人妄图从重伤的蔡会文口中得到党和游击队的重要情报，但遭到他的坚决拒绝和拼死抗争。敌人残忍地割断他的喉管，将他杀害。这位优秀的红军将领壮烈牺牲，年仅28岁。
