张作霖游走直奉两系之间，不断坐收渔翁之利
皖系首领段祺瑞是袁世凯生前最器重的大将，因此北洋系统分裂后，段氏第一个执掌了北京政府。但是，段祺瑞，千方百计利用手中的权力巧立名目，增收苛捐杂税，并不惜以国家铁路、林矿等资源为抵押向日本借款，筹集资金以扩充自己的军事力量。至1920年直皖战争前，已经拥有11个师加17个混成旅，总兵力超过20万人。
借助直皖战争，攫取热察绥三省地盘
徐树铮也用分赃得到的军火组建了4个混成旅，并取得“西北边防军”番号，可以在西北各省四处征兵，很快扩充到5万余人。而直系军队嫡系及同盟军虽然达到了18万人，但在直隶地区也仅有曹锟和吴佩孚的1个师、5个混成旅、2个新编旅共5万6千人。本来双方兵力相当，但由于张作霖也对段祺瑞把持北京政权不满，想要分一杯羹，因此派两个精锐师入关助直讨皖，致使皖系兵败，段祺瑞下野。
第一次直奉战争失败，奉军趁机全力整顿
由于直系在收编皖军、抢占地盘方面处处排挤打压奉系，致使曾经并肩作战的直、奉两系也很快兵戎相见。第一次直奉战争时，奉系已经扩充到5个师23个混成旅和3个骑兵旅，总兵力超过20万人。可这些部队大部分都是收编的土匪武装，在吴佩孚的正规军面前根本不堪一击，10万大军出关，仅有2万余人完完整整的回来。这2万余人的主力就是少帅张学良、郭松龄训练和指挥的第3、8旅，其军官大都是东北讲武堂毕业的军校生。
经过这一仗，张作霖看到了奉军的缺陷，开始对奉军进行大刀阔斧的改革，使其更加正规化。大批不堪作战的老派将领被裁撤，取而代之的都是毕业于东北讲武堂和保定陆军军官学校的年轻军官，军制上也增加了辎重、通讯、侦查等多个兵种。张作霖还耗费巨资大力扩建兵工厂，提高自制武器的数量和质量，尤其是火炮方面，集中打造了2个重炮旅。加上27个步兵旅、5个骑兵旅，仅步兵总兵力就达到25万人。
整顿后的奉军实力居全国之冠
此外，张作霖还积极筹建海、空军。通过设学校培养海军人才，购买外国军舰，收编渤海舰队，组建海军陆战队等措施，使东北海军拥有巡洋舰、炮舰、鱼雷艇等各类战舰20余艘，总吨位32200吨，总兵力3300人，占当时全国海军战舰总吨位和官兵总人数的半数以上。空军建设方面，张作霖也编练了4个航空队，装备各式战机近300架。