1916年袁世凱去世後，其賴以起家的北洋軍閥勢力逐漸分裂，主要分裂為兩派，一派是日本支持的皖系，以段祺瑞、徐樹錚為代表，佔據著山東、安徽、新疆、山西、浙江、陝西、福建、甘肅、察哈爾、熱河；另一派是英美支持的直系，以馮國璋、曹錕、吳佩孚為代表，掌握著直隸、江西、河南、江蘇、湖北、綏遠、寧夏等省。此外，盤踞東北地區的張作霖在日本支持下，勢力也不斷膨脹，逐漸成長為與直、皖兩系並駕齊驅的奉系軍閥。
張作霖遊走直奉兩系之間，不斷坐收漁翁之利
皖系首領段祺瑞是袁世凱生前最器重的大將，因此北洋系統分裂後，段氏第一個執掌了北京政府。但是，段祺瑞，千方百計利用手中的權力巧立名目，增收苛捐雜稅，並不惜以國家鐵路、林礦等資源為抵押向日本借款，籌集資金以擴充自己的軍事力量。至1920年直皖戰爭前，已經擁有11個師加17個混成旅，總兵力超過20萬人。
不過，皖系軍閥有個致命弱點，就是在京畿地區沒有直接掌握兵權，因此很多事情都需要盤踞奉天地區的張作霖出兵相助。1918年2月，直系軍閥從國外採購了27000支步槍和大量彈藥，並運至秦皇島，皖系大將徐樹錚雖然得到了消息，但苦於手中無兵，只好請奉軍南下協助，最後這批價值4千萬的軍火超過7/10被張作霖拿去，一次擴編了7個混成旅，軍威大盛。
藉助直皖戰爭，攫取熱察綏三省地盤
徐樹錚也用分贓得到的軍火組建了4個混成旅，並取得「西北邊防軍」番號，可以在西北各省四處徵兵，很快擴充到5萬餘人。而直系軍隊嫡系及同盟軍雖然達到了18萬人，但在直隸地區也僅有曹錕和吳佩孚的1個師、5個混成旅、2個新編旅共5萬6千人。本來雙方兵力相當，但由於張作霖也對段祺瑞把持北京政權不滿，想要分一杯羹，因此派兩個精銳師入關助直討皖，致使皖系兵敗，段祺瑞下野。
張作霖因助戰有功，被任命為蒙疆經略使，將熱河、察哈爾、綏遠三省也收入囊中。但直皖戰爭的勝利果實大半落入了直系手中，他們不僅掌握了北京政府大權，還控制了原屬皖系的多個省份。1919年馮國璋死後，曹錕成為直系新首領，又通過賄選手段就任大總統，更是一門心思斂財、徵兵、擴軍，麾下僅嫡系部隊就達到7個師5個混成旅，總兵力超過10人。
第一次直奉戰爭失敗，奉軍趁機全力整頓
由於直系在收編皖軍、搶佔地盤方面處處排擠打壓奉系，致使曾經並肩作戰的直、奉兩系也很快兵戎相見。第一次直奉戰爭時，奉系已經擴充到5個師23個混成旅和3個騎兵旅，總兵力超過20萬人。可這些部隊大部分都是收編的土匪武裝，在吳佩孚的正規軍面前根本不堪一擊，10萬大軍出關，僅有2萬餘人完完整整的回來。這2萬餘人的主力就是少帥張學良、郭松齡訓練和指揮的第3、8旅，其軍官大都是東北講武堂畢業的軍校生。
經過這一仗，張作霖看到了奉軍的缺陷，開始對奉軍進行大刀闊斧的改革，使其更加正規化。大批不堪作戰的老派將領被裁撤，取而代之的都是畢業於東北講武堂和保定陸軍軍官學校的年輕軍官，軍制上也增加了輜重、通訊、偵查等多個兵種。張作霖還耗費巨資大力擴建兵工廠，提高自製武器的數量和質量，尤其是火炮方面，集中打造了2個重炮旅。加上27個步兵旅、5個騎兵旅，僅步兵總兵力就達到25萬人。
整頓後的奉軍實力居全國之冠
此外，張作霖還積極籌建海、空軍。通過設學校培養海軍人才，購買外國軍艦，收編渤海艦隊，組建海軍陸戰隊等措施，使東北海軍擁有巡洋艦、炮艦、魚雷艇等各類戰艦20餘艘，總噸位32200噸，總兵力3300人，佔當時全國海軍戰艦總噸位和官兵總人數的半數以上。空軍建設方面，張作霖也編練了4個航空隊，裝備各式戰機近300架。
到第二次直奉戰爭前，奉系成為各路軍閥中唯一海陸空軍齊備的一支武裝，整體實力已經超過了吳佩孚的直系軍隊。正是通過第二次直奉戰爭，奉系取代直系掌握了北京政權，控制了東北、華北、西北等廣大地區，並將勢力擴展到長江下遊。1927年6月18日，張作霖在北京就任北洋軍政府陸海軍大元帥、「安國軍」總司令，並組成北洋軍閥統治時期第32屆、也是最後一屆內閣，成為北洋軍政權最後一個統治者。