1921年赴日本观秋操。

　　1922年4月，第一次直奉战争爆发，任镇威军东路军第二梯队司令。
　　6月，在山海关一线成功阻击了直军。17日，以奉军谈判代表身份签约，第一次直奉战争结束。
　　7月，张作霖宣布东三省独立。张学良被任命为东三省陆军整理处参谋长，开始整训奉军。

　　1923年9月，任东三省航空处总办兼航空学校校长。并向德、法、意等国购买新式飞机二百余架，编成三个飞行大队自己也学会驾驶飞机。

　　1924年3月，任东三省空军司令兼飞鹏队队长。
　　4月28日，任陆军第二十七师师长。
　　9月，第二次直奉战争爆发。任镇威军第三军军长，与第一军组成“一、三联军”，主攻山海关一线，击败直军主力，一举扬名。
　　11月2日，冯玉祥发动“北京政变”，直军失败，第二次直奉战争结束。率军乘胜入关，“一、三联军”改称“津榆驻军”，司令部设在天津，张学良任司令，郭松龄任副司令。

　　1925年4月，晋升为陆军中将。
　　5月，“五卅”惨案“发生，张学良捐款2000元。
　　6月，捐款在沈阳建立同泽中学。
　　11月22日，郭松龄反奉，张学良率军与之在巨流河激战。
　　12月24日，郭松龄反奉失败，郭氏夫妇被捕。翌日惨遭杀害。

　　1926年6月，任安国军陆军第三方面军军团长，率部进攻冯玉祥国民军。
　　8月，奉军进攻南口。

　　1927年3月，率安国军下河南对抗北伐军。兵败。
　　6月，张作霖在北京成立安国军政府。张学良升任陆军上将军团长。

　　1928年4月，张学良再劝其父息兵退回关外。
　　6月3日，张作霖下令息兵出关，责成张学良负责撤兵。
　　6月4日，张作霖在沈阳皇姑屯附近被日军预谋炸死。
　　6月8日，张学良秘密潜回奉天。
　　6月19日，任奉天军务督办。
　　6月21日，公开发表张作霖遇炸身死消息，开始发丧。
　　7月3日，任东三省保安总司令兼奉天保安司令。
　　7月末，东北海军总司令部成立，任总司令。
　　8月，任东北大学校长。
　　11月，任东北航空司令。
　　12月29日，宣布东三省及热河省易帜，与南京政府实行统一合作。结束了军阀割据的局面。
　　12月30日，任东北边防军司令长官，东北政务委员会委员长。

　　1929年1月10日，处决杨宇霆、常荫槐。
　　7月，到北平会晤蒋介石。挑起“中东路事件”。
　　11月，苏军向东北发起进攻，东北军失败。
　　12月22日，派莫德惠与苏联签定《伯力议定书》，“中东路事件”得以解决。

　　1930年3月21日，任全国陆海空军副司令。
　　4月，蒋、阎、冯中原大战爆发。
　　7月2日，赴葫芦岛主持筑港开工典礼。
　　9月18日，发表“巧电”，19日派兵武装调停中原大战。反蒋联军失败。
　　10月9日，就任中华民国陆海空军副司令。
　　10月10日，在北大营阅兵。
　　11月12日，参加国民党三届四中全会，受到隆重欢迎。
　　11月24日，任国民政府委员。
　　12月，南京国民政府明令褒奖张学良，并在北平设副司令行营，所有东北、华北各省军事均由张节制。