1902年，蔡炳炎出生于合肥东郊胡浅村。1924年，蔡炳炎考入黄埔军校。毕业后，蔡炳炎成为革命新生力量，跟随国民革命军东征北伐，13年间屡立战功。

 

1937年，全民族抗战爆发，此时的蔡炳炎已成为国民革命军陆军第18军67师201旅少将旅长。8月13日，淞沪会战开始，蔡炳炎写下“军人不怕死，就怕不能为国而死！”的请战书，率部5000人星夜驰援上海罗店战场。

率军开赴上海途中，蔡炳炎在当时的安徽省会安庆将妻子赵志学和子女送下船，叮嘱妻子：“你在照看好子女之余，还可参加妇女抗日救亡团体，为国家出点力。”在给妻子的最后一封家书中，他写道：“殊不知国难至此，已到最后关头，国将不保，家亦焉能存在？”

8月24日，蔡炳炎率领5000人夜袭进攻日军，敌人的重炮弹狂风暴雨般落下来，一些士兵一下子被炸成两截，但全旅将士依然勇猛冲杀，攻下日军阵地。两天后，当日军大批增援部队赶到时，蔡炳炎传令：“本旅将士誓与阵地共存亡，前进者生，后退者死，其各禀遵！”在与日军激战中，他身中数弹，壮烈殉国，年仅35岁。

1985年，安徽省人民政府追认蔡炳炎为革命烈士，其灵柩于次年迁葬合肥市。2014年9月，蔡炳炎被列入民政部公布的第一批著名抗日英烈和英雄群体名录。为了纪念蔡炳炎，合肥市政府将其故居附近的道路更名为“炳炎路”。