齊盧之戰爆發前，盧永祥曾派其子盧小嘉，偕奉天駐滬代表楊敏恂去奉天活動，希望張作霖能率兵入關，報戰敗之仇而與盧有所呼應。這很迎合奉張的私心，所以張作霖遂於13年9月4日響應浙盧反直的軍事行動，7日邀宴各國駐奉天的領事，宣佈由於直軍在山海關增兵進迫，故決興兵入關，請各國領事通知各國僑民離開秦皇島。
同時張作霖發表了六軍人事命令為：
總司令張作霖
第一軍總司令姜登選
副司令韓麟春
第二軍總司令李景林
副司令張宗昌
第三軍總司令張學良
副司令郭松齡
第四軍總司令張作相
副司令丁超
第五軍總司令吳俊升
副司令闕朝璽
第六軍總司令許蘭州
副司令吳光新
奉軍總司令部設於錦縣，分三路佈防，以第三軍一師一旅兵力守山海關；第一軍兵力兩旅駐綏中；第二軍兵力一師一旅向朝陽進展；第五第六兩軍則利用其騎兵隊分攻開魯、赤峰；第四軍集中錦縣為總預備隊。向朝陽進攻的一路是主攻，圍攻熱河，其餘二路採取守勢。
奉軍兵力，除了派定作戰任務的上述各軍外，還有未調動的四混成旅及吉、黑方面軍隊，更有蒙古騎兵亦決定赴奉助陣。
海軍方面，張作霖雖經數年籌備，且在葫蘆島有所經營，不過其軍艦多為江防艦，另一部分則是徵用商船加設炮位武裝的，不能適用於正式作戰，因此在海上的力量，似較直方為劣。張作霖本有一個計劃，擬用這些不能作正式海戰的軍艦偷運陸軍赴山東登州，以擾直軍後路，可是這個計劃過於冒險，加以吳佩孚洞燭機先，委派鄭士琦為直魯海疆防禦總司令，遲雲鵬為總指揮，擔任沿海防務，以打擊奉軍登陸登州的計劃。
奉方的空軍一向在張作霖積極發展下，受中外人士所稱道，張作霖致曹錕信中，有「以飛機候起居」句為自豪。而在奉軍入關時旅居京津的外僑均緊張萬分，要求外交團向奉軍交涉，阻止奉方飛機轟炸京津，後來日本的駐華武官表示意見，認為奉方飛機不能在長距離中飛到京津轟炸，這一來人心才勉強安定下來。奉方空軍編為三大隊，以葫蘆島為空軍根據地，向山海關、喜峰口活動，對於偵察軍情、破壞直軍鐵路交通、擾亂直軍軍心和後方人心都極收效。這是中國內戰中首次的空中活動。
張作霖自從第一次直奉之戰失敗後，鑒於老兵老將的不中用，所以起用少壯派訓練新兵，期以復仇為旨志，如姜登選、李景林、張宗昌、張學良、郭松齡都算是奉軍中的新人，而張宗昌和李景林則是奉軍中的客籍將領。
張宗昌投靠奉系，一直不受重視，若不是這次用兵，張宗昌是不可能崛起的。
原來張宗昌自攻湘失敗後，孑然一身，曾西走洛陽，吳佩孚閉門不納，只好出關到奉天，求張老帥栽培。張作霖對這位本家很冷淡，只聘為巡（閱使）署高等顧問。張宗昌的目的是帶兵，可是奉系排外思想很濃，對這位山東大漢，又是敗軍之將，自不會輕易給他兵權。
第一次直奉之戰，當戰事將發未發之際，吳對奉軍下了一著冷棋，幾乎竟收全功。他暗派幹員持蘭譜到黑龍江與黑督吳俊升約為兄弟，叫他按兵不動，同時委派高士儐為吉林討逆軍總司令，盧永貴為副司令，打算一舉顛覆奉系巢穴。高士儐是孟恩遠之婿，孟督吉林時代的吉林暫編第一師師長，後來孟被張作霖趕走，高自然連帶去職；盧永貴是高的舊部，張作霖曾收編盧為中東路山林剿匪司令，駐防中俄邊境綏芬河一帶。高奉吳的密令，在哈爾濱登陸，單騎馳入盧營，盧見了老上司，當然服從一切，高、盧聯合起來，在民國11年5月26日由中東路終點綏芬河直向哈爾濱殺來，沿途各站奉軍護路隊望風迎降，紛紛易幟為「討賊軍」番號，張作霖為之震動。高、盧率部由火車一直開到寧古塔附近海林站，忽感兵力不敷，下令停止前進。原來高不善用兵，行軍500餘里，經過十餘小站，採取步步為營方略，每到一站就分出若干人駐守，站越過得多，前方部隊越剩得少，到海林站時，僅剩萬把人左右。盧的基本部隊原本才有2000人，發難時收編兩巨匪各5000人以上，又陸續收編護路隊二三千人，合共15000人。他們到海林站時，探知寧古塔有奉軍一團駐防，距海林站僅60餘里，深恐被攔腰殺過來截斷他們歸路。其實吳派他們的任務是別動隊性質，是一支奇兵，並不是正規軍任務，自不需要步步為營，只要擾亂和突襲，攻其不備，勝則入穴取子，如果能一鼓攻入哈爾濱，則不難造成四方響應的局勢。不料高、盧到了海林站停了兩個星期，不進不退，瞻顧遲疑，這一來卻給狗肉將軍張宗昌開闢了一條富貴功名的大路。他這時在奉軍中位列閒曹，而張作霖尚在關內打得頭昏眼花，不料禍起蕭牆，自家地盤內異軍突起，為之手足無措，於是張老帥想起了這個專打爛仗的本家——張宗昌。
張作霖電派張宗昌赴哈爾濱招收隊伍抵禦高、盧，張宗昌在哈爾濱是舊遊之地，人頭很熟，不過當地防軍長官張煥相不以正眼相覷，張宗昌左拉右抓，只弄到500多條槍。他就帶了這「五百名刀斧手」，要了一列火車，把車門和車窗緊緊關起來，不讓別人知道虛實，一口氣向北衝。張煥相暗暗好笑，心中說：「這個冒失鬼，真是胡搞，就拿這麼一支部隊上前線，大概活得不耐煩了。」張煥相以為自己很聰明，把張宗昌當作炮灰，自己隔岸觀火。怎料張宗昌碰到的敵人是個大傻瓜，既不知兵，又無膽量，他看見哈爾濱開出了軍車，竟抱著犧牲別人的戰略，命令臨時招來的民兵1000多人上前迎戰，卻把山林警衛隊保護自己的司令部，那些民兵都是有身家性命的人，遇上張宗昌所率領的亡命之徒，怎能對壘，才一接戰，張宗昌這邊就扔手榴彈，吹號衝鋒，民兵不戰而潰，牽動了山林警衛隊和招安不久的匪軍，莫名其妙地就垮了。高仕儐先向綏芬河退卻，繼而再退東寧縣，最後高、盧二人化裝逃走，在路上被高的另一舊部俘獲，電報張老帥獻功，張復電「就地正法」。吳佩孚這支奇兵遂因用人不當而煙消雲散。
張宗昌自此遂被張作霖刮目相看，第二次直奉戰爭前夕，他的部隊已擴充到1萬人，可是奉張始終不想重用他，僅予以綏寧鎮守使的虛銜，不給他餉械。
張宗昌在這一地區混過很久，而且會講幾句俄國話，這時白俄的謝米諾夫殘部退到綏芬河，張宗昌和他一咭哩咕嚕，公然收編了這支白俄軍，實力平添了五六千白俄人馬。他沒有軍餉，於是濫發軍用票，白紙上蓋著鎮守使官印，填上五元、十元。他是個十足的亡命徒，打濫仗能手，根本不知道發行了多少軍用票，也不知道自己亂糟糟的軍隊有多少，完全是老粗白手成家的一套本事。可是他佔了一個便宜，在關外的山東人很多，他是山東人，山東老鄉大家互相關照。他對同鄉也好，山東老鄉對他也好，他在東北卻是佔了不少東北人的便宜。
奉張始終瞧不起這支破濫部隊，他重視新人才，想把所有雜牌軍次第解散。先調張宗昌移防奉東輝南縣一帶，令他與李景林隔一道蛤蜢河演習秋操，自己親臨觀陣。奉張本意是讓李景林部戰勝了張宗昌部，然後以張部不能作戰為由解除其武裝。不料演習時張部亂糟糟地渡了河，李部節節後退，奉張愕然，為之刮目，乃派李和張為奉軍一、二兩軍軍長，佈防山海關。奉張以張宗昌充前線，後來卻成全了張宗昌，因為第二次直奉戰爭，直軍戰敗，由於吳佩孚部下都是山東人，吳敗後，老鄉不打老鄉的心理，使吳部都投入張宗昌旗下，因此造成了張宗昌的「直魯新系」。