蔣介石雖然正在逐步掃除軍事上的勁敵，但是他離實現他的獨裁夢還是有漫長的路要走。
特別是陝西的閻錫山，人稱“九尾狐”，是一個非常狡猾的對手。他在山西閉關自守，也不讓手下和外界接觸，成了名副其實的土皇帝。他本來與唐生智、石友三約定要秘密聯合反蔣，但是因為盟友逐個被蔣介石分化收買，他慢慢又成了光杆司令，隻得孤軍奮戰。閻錫山知道自己將是打擊的主要目標，他又開始籌劃著新的反蔣行動。1930年3月，閻、馮、桂三集團結成了以閻錫山為中心的反蔣聯盟。4月，閻、馮、桂起兵反蔣，規模空前的中原大戰爆發。
一開始的時候，蔣介石的隊伍總體形勢不利，攻占的部分區域又很快被馮軍占領。蔣介石也在半夜被敵軍的炮火驚醒，隻穿著襯衫狼狽地跑到車頂上指揮進攻。但是很快他就調整了策略，依靠美、英及江浙財團的支持，用金錢和美女收買一些兩邊倒的小軍閥。再利用反蔣各派間的矛盾，采用軍事壓迫和內部瓦解雙管齊下的辦法，逐步取得軍事上的優勢，讓反蔣聯軍力竭不支。
為了取得戰略上的優勢，反蔣聯盟決定邀請汪精衛北上，聯合國民黨內部的改組派和西山派組成新的聯合陣線，共同對抗蔣介石。戴笠得知這個情報之後，主動向蔣介石請示，派出自己的情報助手王孔安奔赴北平秘密參加汪精衛召開的中國國民黨中央黨部擴大會議，了解會上各派的政治態度。蔣介石根據戴笠隨時呈遞的密報，製訂收買分化的策略。
9月18日，東北奉軍首領張學良在蔣介石的拉攏下，一改中立觀望的態度，宣布擁護蔣介石。12萬東北軍的主力入關，向反蔣聯軍進攻。奉軍的擁護使得戰勢豁然開朗，西北軍的高級將領梁冠英、萬殿尊、呂秀文等人見到雙方實力出現懸殊，也都紛紛投靠蔣介石一邊。其他雜牌軍更是迅速易幟，轉而向反蔣聯軍開火。看到這種情況，反蔣陣線中石友三率先投奔張學良，晉軍也背著閻錫山各找門路，向蔣介石示好。反蔣聯軍分崩離析，終於在蔣介石的內外夾擊下徹底失敗。大原大戰爆發7個月之後，11月初，閻錫山、馮玉祥宣告失敗，通電下野，桂係退回廣西，中原大戰結束。
東北易幟，結束了新老軍閥混戰的局麵，促成了國家的和平統一，維護了國家領土主權的完整，沉重地打擊了日本帝國主義企圖分離東北的野心。當然，通過和平易幟，張學良保住了東北集團的地盤和軍隊，達到了分治合作的目的，並增強了他的權力基礎。