1994年,担任古装电影《伦文叙老点柳先开》的美术师。2001年,陈国辉回到香港 。2007年,担任爱情电影《天堂口》的编剧,该片由陈奕利执导 。2010年,与夏永康联合执导爱情喜剧电影《全城热恋》,该片由六段爱情组成,用不同的主题来展现人们如何追寻爱的真谛 。
2011年,与夏永康联合执导爱情喜剧电影《全球热恋》 。2013年,由其执导的爱情电影《双城记》上映 。2015年,执导由Angelababy、倪妮等联袂主演的爱情喜剧电影《新娘大作战》 ;同年,自编自导由杨幂、李易峰共同主演的爱情喜剧电影《怦然星动》 。2019年,自编自导由黄晓明、杜江、谭卓等联合主演的灾难电影《烈火英雄》,该片根据鲍尔吉·原野的长篇报告文学作品《最深的水是泪水》改编 。2021年9月15日,执导的电影《平凡英雄》在新疆举行开机发布会 。
陈国辉是一个特别让人安心的导演,在片场雷厉风行的样子就像一个将军,一声令下所有部门就在他的领导下快速有效地工作 。在电影《拼盘》中,展现出陈国辉在挖掘人物情感世界方面不同寻常的天赋 。在执导电影《烈火英雄》之前,导演陈国辉一直专注创作爱情类型的影片,擅长执导细腻情感的电影 (杜江、网易娱乐、1905电影网综合评)。