省兵部尚书。此时，红巾军已西进攻克陕州（今河南三门峡一带），威胁到了陕西和山西。察罕帖木儿与李思齐奉命率军进击。红巾军渡河北上攻掠山西一带，察罕帖木儿穷追不舍，两军对峙数月，红巾军不支退走。察罕帖木儿以功任佥河北行枢密院事。
十七年，红巾军由襄樊北上出击，陷商州（今陕西商县），人武关，直扑长安，其先锋已至灞上，同时又分兵四出攻掠陕西各地。察罕帖木儿率军由潼关进入陕西，一路长驱，红巾军屡败，只得越过南山，攻兴元（今陕西汉中）。察罕帖木儿以功任陕西行省左丞。不久，红巾军复由四川北上进入陕西、甘肃，察罕帖木儿设计大败红巾军于凤翔城下，彻底稳定了关中。
十八年，山东红巾军进击大都，元廷征兵入卫。察罕帖木儿以少数兵力扼守陕西各要塞，自率精兵应召入卫。当时，红巾军一部北越太行，攻破山西各地后又欲南下合围大都，察罕帖木儿在太行山南山关隘设伏，大败红巾军。察罕帖木儿又命部将分兵据守太行各关隘，使红巾军不得越太行南下，这支红巾军只好转而继续北上，进攻上都。察罕帖木儿以功进陕西行省右丞、陕西行台侍御史，同知河南行枢密院事，顺帝又特别下诏命他防守关陕、晋、冀，镇抚汉、沔、荆、襄。