元和七年（812年），陳夷行進(jìn)士及第，被一些節(jié)度使辟入幕府。唐敬宗寶歷末年（827年），陳夷行在東都洛陽以侍御史改虞部員外郎。

唐文宗太和三年（829年），召陳夷行來長安為起居郎、史館修撰，與同僚蔣系、沈傳師、鄭浣、李漢及宇文籍、蘇景胤等受詔撰奉詔撰《憲宗實(shí)錄》。次年（830年）實(shí)錄修成獻(xiàn)上后，陳夷行以起居舍人之職受賞錦彩銀器，改任司封員外郎。太和五年（831年），升任吏部郎中，召充翰林學(xué)士。太子中舍人程修己奉文宗命作竹障數(shù)十幅，作成后又另外為之作詩，文宗命陳夷行等和之，盛傳于世。

太和八年（834年），陳夷行兼充皇太子李永的侍讀，與王起為同僚，奉詔每五天就入長生院侍太子講經(jīng)。文宗召他對(duì)答，面賜緋衣牙笏，遷諫議大夫、知制誥。次年（835年），改太常少卿，知制誥、學(xué)士侍講如故；又經(jīng)過幾次遷官后，任工部侍郎。

這一年，發(fā)生了著名的甘露之變，大宦官仇士良暴力團(tuán)滅四宰相，朝臣也慘遭洗牌，明日之星們的提升空間也打開了。開成二年（837年），將仕郎、守尚書工部侍郎、知制誥，充翰林學(xué)士，兼皇太子侍讀、上騎都尉、賜紫金魚袋陳夷行被授同中書門下平章事的宰相頭銜，拜為宰相，與李石、鄭覃共事。次年，李石因遭仇士良刺殺未遂，畏懼辭職，文宗任命楊嗣復(fù)、李玨為宰相。

由于鄭覃、陳夷行被認(rèn)為李黨，楊嗣復(fù)、李玨被認(rèn)為牛黨，四宰相形成了二對(duì)二的局面。陳夷行覺得楊嗣復(fù)弄權(quán)，經(jīng)常爭執(zhí)之余稱病請辭，文宗不許，還派宦官去他家慰勞。陳夷行便彈劾楊嗣復(fù)。

楊嗣復(fù)剛上位，就力主將同為牛黨領(lǐng)袖且正被外貶的前宰相衡州司馬李宗閔升官并遷到更近于長安的地方。陳夷行強(qiáng)烈反對(duì)，與鄭覃都認(rèn)為李宗閔養(yǎng)成甘露之變罪人鄭注，罪惡勝過唐玄宗時(shí)的奸相李林甫。陳夷行還說，寶歷初年李續(xù)之、張又新、蘇景胤等為朋黨危害朝廷，號(hào)“八關(guān)十六子”。楊嗣復(fù)和李玨反對(duì)，陳夷行又舉舜逐四兇天下治的例子，建議朝廷不要顧惜這十多個(gè)奸人。

當(dāng)時(shí)牛黨還有李固言，李黨還有大當(dāng)家李德裕，也都下場幫隊(duì)友。朝政分歧變成了兩黨對(duì)打，文宗已經(jīng)沒有心思去考慮宦官和藩鎮(zhèn)的問題了。

楊嗣復(fù)擬除王彥威為忠武節(jié)度使，史孝章為邠寧節(jié)度使。文宗在延英殿問政時(shí)問陳夷行：“昨日任命的二鎮(zhèn)節(jié)度使恰當(dāng)嗎？”陳夷行答：“只要出自圣心就恰當(dāng)?！睏钏脧?fù)說：“若出自圣心就恰當(dāng)，即人情皆暢快。如事情一旦過當(dāng)，臣下豈能無言？”文宗曰：“真的如此的話，朕當(dāng)然無私?！标愐男姓f：“數(shù)年來，奸臣竊權(quán)，陛下不可倒持太阿，授人權(quán)柄?！睏钏脧?fù)說：“齊桓公用既是仇人又是俘虜?shù)?/span>管仲，豈有太阿之慮？”文宗不悅。

仙韶院樂官尉遲璋被授王府率，右拾遺竇洵直當(dāng)衙爭論伶人不該授這樣的高位閑官。鄭覃認(rèn)為這樣的小事夠不上當(dāng)衙論列，且王府率是六品雜官，不是高位閑官，竇洵直此舉是圖名。楊嗣復(fù)則說曾聽聞竇洵直個(gè)性如此，不足為怪。陳夷行說：“諫官當(dāng)衙只合論宰相得失，不合論樂官。但他已表達(dá)了意見，我們就要給說法。今后樂人每七八年準(zhǔn)其轉(zhuǎn)一官職?！弊詈笪淖跊Q定改尉遲璋為光州長史，賜竇洵直絹百疋。

陳夷行不久轉(zhuǎn)門下侍郎。文宗在紫宸殿議政時(shí)論及天寶年間政事不甚佳，陳夷行說：“陛下不可移權(quán)與人。”楊嗣復(fù)知道陳夷行的意思，就反駁：“夷行之言容易，但唐太宗用房玄齡十六年、魏徵十五年，何嘗失道？臣以為，把權(quán)柄交給房、魏的時(shí)間再長也不要緊，如果交給邪佞，一天都嫌多?！?/span>

文宗任用郭薳為坊州刺史，右拾遺宋邧認(rèn)為不可，郭薳果然因貪贓身敗名裂。文宗想要賞賜宋邧，陳夷行諫止，認(rèn)為宋邧作為諫官只是在盡本分，如果因?yàn)檎f對(duì)一件事就加官進(jìn)爵，恐怕會(huì)滋生他的私心。

直性子的陳夷行有什么說什么，覺得楊嗣復(fù)是狼，就一直針鋒相對(duì)。但楊嗣復(fù)并不覺得自己是狼，同樣也在做自己認(rèn)為對(duì)的事，最后文宗不得不親自下場支持一方。

開成四年（839年），文宗表揚(yáng)判度支杜悰的才干，楊嗣復(fù)、李玨推薦杜悰任戶部尚書。陳夷行說，此事應(yīng)由皇帝自己決斷；李玨則說，陛下既然任用了宰相，就不該懷疑。

同年，文宗于延英殿問政事，問誰記錄監(jiān)修，李玨說：“是臣之職?！标愐男姓f：“宰相所錄，恐怕掩蔽圣德，自盜美名。臣之前頻頻言及，是不欲威權(quán)在下?！崩瞰k說：“夷行此言，是疑宰相中有賣威權(quán)、貨刑賞者。不然，為什么身為宰相而出此言？臣累奏求退，若成為親王之傅，是臣之幸?！编嶑f：“陛下開成元年、二年政事至好，三年、四年漸不如前?！睏钏脧?fù)說：“元年、二年是鄭覃、夷行用事，三年、四年臣與李玨同之。臣蒙圣慈擢處相位，不能悉心奉職。鄭覃說'三年之后，一年不如一年’，是臣之罪。即使陛下不誅夷，臣也應(yīng)當(dāng)自求泯滅?！辈⒍啻握堔o。

文宗權(quán)衡了一下，覺得當(dāng)時(shí)還得靠楊嗣復(fù)處理政事，如果楊嗣復(fù)不能走，那就只能讓攻擊他的人走。當(dāng)月，陳夷行、鄭覃雙雙下課，陳夷行罷為守吏部尚書，不久又改任為檢校禮部尚書，出為華州鎮(zhèn)國軍防御使，也就是負(fù)責(zé)把守潼關(guān)。任內(nèi)，他表進(jìn)士劉瑑?yōu)榕泄?，這也是一位將來要拜相的明日之星。他倆一走，楊嗣復(fù)就讓李宗閔復(fù)出拜相了，牛黨大獲全勝。

因?yàn)榛侍永钣涝缡?，文宗立兄長敬宗的兒子陳王李成美為太子，病危之際，想托孤給楊嗣復(fù)、李玨。仇士良為了讓自己能夠有擁立之功，矯詔廢太子，改立文宗的幼弟潁王李瀍，也就是武宗。

武宗繼位后，重用李德裕，陳夷行也就迎來了第二春，被任為檢校禮部尚書，又召為御史大夫，隨即又任中書侍郎，加同平章事，也就是二度拜相，并以銀青光祿大夫、守尚書左仆射、兼門下侍郎、同中書門下平章事、監(jiān)修國史進(jìn)尚書左仆射，賜上柱國。

武宗登基之際，在仇士良唆使下賜死了李成美和最后一位在世的兄長安王李溶，與文宗親近的尉遲璋等人也遭仇士良?xì)⒑?。武宗也知道自己登基并非楊嗣?fù)、李玨所愿，遂將二人罷相外放，又想徹底補(bǔ)刀。身為文武二宗姑父的杜悰向李德裕指出任由皇帝濫殺大臣不是明智的行為，于是李德裕、陳夷行和其他宰相崔珙、崔鄲都屢次勸諫武宗，還邀樞密使至中書省使入奏。最后武宗雖然堅(jiān)持認(rèn)為自己沒有冤枉楊、李，但同意寬恕，改為遠(yuǎn)貶。

李德裕、陳夷行、崔珙、李紳等奏唐憲宗有恢復(fù)中興之功，請求為百代不遷之廟，武宗認(rèn)為此論至當(dāng)并繼續(xù)議論此事，卻最終未能執(zhí)行。

當(dāng)時(shí)，黠戛斯擊敗長期依附唐朝的回鶻，回鶻殘部向唐朝邊境遷移。其中一支主要的殘部由嗢沒斯率領(lǐng)，接近天德城尋找糧食援助，想投降唐朝。天德軍守將田牟建議拒絕嗢沒斯投降，并由朝廷軍隊(duì)聯(lián)合吐谷渾、沙陀、黨項(xiàng)部落攻打嗢沒斯。但當(dāng)朝廷議論此事時(shí)，李德裕主張接受嗢沒斯的投降并提供糧食。陳夷行反對(duì)，認(rèn)為這是幫助敵人，畢竟這個(gè)嗢沒斯是被殺的回鶻可汗的弟弟。然而，在李德裕的堅(jiān)持下，陳夷行不敢堅(jiān)持，武宗最終同意了李德裕的意見。

會(huì)昌二年（842年），崔珙、陳夷行奏定左右仆射上事儀注，詔準(zhǔn)，解決了這件多朝紛議不決的老問題。

同年，嗢沒斯入朝，陳夷行隨即因腿腳不便告老，罷為太子太保，以右仆射、平章事改檢校司空，兼河中尹、御史大夫，充河中節(jié)度、晉絳慈隰觀察等使。時(shí)間很巧，敵視過的人來和他同朝為官了，他便走了，是不是因果關(guān)系，咱也不知道。

會(huì)昌三年（843年），李德裕主持討伐自立為潞州昭義軍節(jié)度使的劉稹時(shí)，陳夷行身為河中節(jié)度使，唐朝的軍區(qū)司令，也肩負(fù)了助戰(zhàn)的責(zé)任。他以步騎一千守翼城，步兵五百增援冀氏。同年，劉稹被平定。

會(huì)昌四年（844年），陳夷行卒于任上。他當(dāng)時(shí)已經(jīng)被加檢校司徒，死后被追贈(zèng)為司徒。

從后來人的角度，黨爭當(dāng)然是給朝政拖后腿，但對(duì)陳夷行來說，他一直在堅(jiān)持著自己認(rèn)為對(duì)的事。

而值得唏噓的地方大概就在于，他認(rèn)為的牛黨奸臣并非傳統(tǒng)意義上的奸臣，他們同樣也在遵守著自己的原則，做著自己認(rèn)為對(duì)國家有好處的事。