精忠叛乱败势已成，遂据密疏为己有，删去陈梦雷之名。重新蜡封后，遂派亲信去京献于军机。康熙阅后深表嘉许，李光地因之此后倍受信任，屡屡擢拨，位至直隶巡抚和文渊阁大学士。而陈梦雷不但功被埋没，反而招来杀身之祸，因被迫出任耿精忠的“学士”而受耿党徐鸿弼的诬告，以“附逆”罪逮捕入狱论斩。

    陈梦雷入狱后，曾一再要求李光地为他作证辨诬，但在四年多的时间里，李光地一直保持沉默，直到1680年，他才为陈梦雷“代具一疏”，但对陈梦雷在福州“离散逆党，密图内应及同谋请兵之事，一语不及”。所以此疏没起任何作用。因此，陈梦雷十分憎恨李光地，骂他是“欺君负友”之徒，还写了《与李光地绝交书》。刑部尚书徐乾学悯其冤，再三为陈梦雷说情。1682年，清廷才改陈梦雷死罪为谪戍沈阳尚阳堡。

    谁知祸不单行，陈梦雷一到戍所就病倒了，其父母也因他冤案的打击先后去世，随他流放的妻子也亡故。悲痛中陈梦雷仍振作精神，手不释卷，刻苦学习和著述。他精通满文，塞外17年“四壁图书列，烟光一径深”的流亡生涯中，陈梦雷孜孜不倦地从事文化教育和著作，热心培养当地人才。同时勤奋著述，编纂了《周易浅述》、《盛京通志》、《承德县志》、《海城县志》、《盖平县志》等，还写有大量脍炙人口的诗作。

    1698年，康熙皇帝巡视盛京（今沈阳），陈梦雷献诗称旨，甚受康熙赏识，遂被召回京师。次年入苑，任命诗臣，侍奉甚受康熙器重的第三皇子诚亲王胤祉读书。他恪尽职守，甚得胤祉好感。康熙对他的工作十分满意，赐他住房，并亲笔为他写下了“松高枝叶茂，鹤老羽毛新”的对联。