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1913年（民国2年），袁凯在京召见张作霖，他暗示升官有望。
1914年（民国3年），张锡銮奉天将军，授镇上将军，节制东三省，张作霖觊觎其。
1915年（民国4年），张作霖两秘密派人入京，试图运作继奉天将军。结张锡銮调走后，袁凯他的心腹段芝贵为奉天巡按使、镇武上将军，节制东三省，张作霖的希望落空；同年，袁凯召入京，张作霖表示支持袁凯“正大”。袁凯称帝后，张作霖封二等子爵。
1916年（民国5年），张作霖驱逐段芝贵，大“奉人奉”的舆论。随后，袁凯其为盛武将军督理奉天军务兼奉天巡按使；同年，袁凯帝制失败病死后，黎元洪继大总统，张作霖为奉天督军兼高官。日本人阴谋暗杀张作霖，未遂。
1917年（民国6年），因奉天巡防营二十八师师长冯德麟参与张勋复辟，张作霖夺其二十八师兵权，统一奉天省军政；同年，兼黑龙江省，举他的儿女亲家鲍贵卿黑龙江督军兼高官。
1918年（民国7年），于秦皇岛夺购买的日本军械扩充奉军。随后入关支持皖“武力统一”；7月，张作霖总统徐昌为东三省巡阅使。
1919年（民国8年），四运动爆发，张作霖对学生爱国运动力主镇压；7月，张作霖为控制东三省，开始了驱逐吉林督军孟恩远的行动，成了奉吉两省军队的尖锐对峙。
7月19日，驻守长春满铁附属地的日军制宽城子事，孟恩远迫下野。张作霖亲信部下孙烈臣为黑龙江省督军，鲍贵卿调吉林省督军，他由正成为“东王”。
1920年（民国9年），在皖战争中助皖，张作霖借祝寿的义，在奉天召开八省联盟会议，组成皖联盟。
1921年（民国10年）5月30日，京政府其兼蒙疆经略使，辖有热河、察哈尔、绥远三区；12月，张作霖进京组织梁士诒内阁。
1922年（民国11年）1月，吴佩孚揭露梁士诒内阁卖国媚外，梁士诒内阁倒台；4月底，张作霖和控制关内省的吴佩孚之间，开了一奉战争；5月5日，张作霖战败，退关外；5月12日，在日本关东军的支持下，张作霖宣布东三省独立；5月19日，张作霖出东三省总司令，整军经武成立陆军整理处。
1924年（民国13年），成立东三省委员会；9月3日，组“镇威军”个军进关与开了二奉战争；11月3日，吴佩孚战败逃。随后张作霖推段祺瑞为“中华民国临时总执政”。
1925年（民国14年）5月，奉军进入上，势达鼎盛时；10月15日，浙江督军孙传芳电讨奉，浙奉战争（又称三奉战争）爆发；11月初，张作霖的奉军全面退出苏、皖上；
11月23日，挥奉军三方面军的郭松龄于滦州举兵，电讨奉。日，冯玉祥电伐张作霖，奉军一方面军团司令李景林随之宣布“中立”；12月5日，郭军大破奉军左翼汲金纯师，得连山大捷，随兵分两，锦州；翌日，奉军失战报抵奉，张作霖急派王永江往谒日本驻奉天总领事吉田茂，请日本出兵，日本随后陆续增兵奉天。黑龙江督军吴俊升、吉林督军张作相在获日本已大肆出兵后，也决亲自率军援助张作霖；
12月21日，吴俊升部、张作相部、张学良部在巨河、新民屯一带与日军一起围剿郭军；12月24日，在日奉联军的围剿下，郭松龄兵败杀，曝尸奉天城。张作霖摆脱危机后，便开始和日军合力围堵在天津之战中胜的冯军，终迫使冯玉祥败归，电下野。
1926年（民国15年），张作霖在京会见吴佩孚商定讨赤计划；11月，因国民革军开始伐，孙传芳战败后上归附奉；11月29日，张作霖在天津蔡园开军事会议组“国军”，十省推为总司令，决定方和的国民革军。
1927年（民国16年），在京下令绞杀***等20革党人；6月18日，张作霖在京就洋军政府陆军大元帅，表中华民国行使统权，成为国家高统，组成洋军阀统时32届、也是后一届内阁；
后不久，日本人为了在东续铁，以实现他们扩张蚕食满蒙之计划，威胁恐吓张作霖，使其在《满蒙新协约》上签字，在签约过中张作霖耍了一计谋，他在签约上写了个“阅”字，没有签上自己的姓，这是为后来撕毁条约留下后。炸身亡
1928年（民国17年）4月，伐军蒋介石、冯玉祥、阎锡山、李宗仁对奉进攻，奉军全线崩溃；5月9日，张作霖发表了与奉召京的前方将领张学良、杨宇霆等人同商定的“息争”电，开表示愿与京国民政府议和。
随后，他又主动将津浦、京汉沿线国军撤至沧州、定一线，以示主和的诚。
为摸京国民政府的议和底线，5月24日，张作霖还派出隶高官孙伟前往上，与京国民政府的表洽谈；5月28日，各伐军开始全线总攻击，至6月1日，张作霖国军迫退至沧州、琉璃河一线，京、天津已陷入三面包围之中；
6月2日，张作霖正发表“出关电”，声称在救国愿未偿之时，决不忍穷兵黩武，祸延中外。6月3日凌晨，张作霖乘京奉专列离京返奉。
因张作霖未能满足日本在“满蒙”筑、开矿、设厂、租地、移民等全部要，有所抵制，这为日本政府所不能容忍。
日本关东军司令村冈长太郎算派人刺杀张作霖，这一行动不易掩盖罪责，遂由高级参谋河本大佐策划炸车，调动工兵在张作霖归奉的列车经过地点──沈阳皇姑屯车站满与京奉叉处预埋炸药。
6月4日晨5时30分，张作霖所乘列车驶至皇姑屯车站时炸，张作霖重伤，急救沈阳，于上午9时30分不而亡，享年53岁。这就是当时轰动中外的“皇姑屯事”。