在掌握奉天之後，張作霖抓住時機接連發表通電，要南下勤王、鎮壓革命，使得袁世凱知道，在東北有一個叫張作霖的人不可小覷。但張作霖的這一番突出表現，也讓袁世凱產生了如芒在背的感覺，好在張作霖做土匪時磨煉出的世故和圓滑幫助了他，雖然大字不識幾個，論審時度勢老張卻不遑多讓。
（二）
在張榕被槍殺之後，張作霖就帶人去查抄了張榕的家，隨後又查抄了張榕哥哥的家。為怕翌日消息傳出引發革命黨人暴動，張作霖又派人殺害了張榕的助手，同為革命黨人的寶琨和田又橫。隨後幾日，張作霖派人四處搜捕革命黨人，先後抓捕並處決了一百餘人，整個奉天都籠罩在驚恐不安的血腥氣氛裏。在“清剿”了大量革命黨人以後，張作霖專門寫了一個呈文交給趙爾巽，趙爾巽則批示“該統領不動聲色，連斃三凶，實足以快人心，而彰顯戮”，對張作霖大為褒獎。
自截獲消息率兵進入奉天，到辛亥革命前後接連鎮壓革命黨人起義，張作霖幫助趙爾巽渡過了一波接一波的政治危機，並且穩定了東北的局勢。當時南方革命形勢如山火燎原，張作霖彈壓東北革命黨人起義的事跡隨即得到清廷的大力褒獎，經趙爾巽的保奏，任命張作霖為關外練兵大臣，賞賜頂戴花翎，以總兵記名，並將其所部改編為清軍第二十四鎮，也就是相當於一個師的建製，而張作霖也升到了師長的級別，並兼任奉天巡防營總辦，馬龍潭、馮德麟和吳俊升等人盡歸張作霖節製。自此，張作霖算是真正掌握了奉天的軍事大權。
1912年清帝遜位，袁世凱出任中華民國臨時大總統，隨即開始對軍隊進行改編。軍隊改編對張作霖來說是一件非常重要的事情，原本的奉天巡防營隻是地方治安部隊，是由東三省籌資來共同維持的，主要的職責是輔助陸軍協防和協同地方巡警捕盜，屬於地方上的非正規部隊。而陸軍則是國家的正規武裝，主要負責國防要務以及地方剿匪，由中央撥款提供裝備和供給，完全歸國家調遣。
因此，在張作霖所部被改編為陸軍第二十七師以後，一下子從原本隻有馬步兵的舊式軍隊改編為多兵種合成的新式陸軍，也從一支仰賴地方供養的民兵武裝晉升為由國家供給的正規部隊。在改編以後，張作霖所部包括5個兵種，其中步兵2個旅，騎兵1個團，炮兵1個團，工兵1個營，輜重兵1個營。相比之前，張作霖的軍隊素質有了明顯的提升，裝備煥然一新，赫然成為東三省最強橫的武裝力量。
張作霖這樣一來算是高升了，所謂“一人得道，雞犬升天”，他的嫡係將領自然也跟著得到升遷。尤其是跟在張作霖左右的幾位拜把子兄弟，湯玉麟被提升為第五十三旅旅長，孫烈臣則被任命為第五十四旅旅長，張景惠被任命為騎兵第二十七團團長，張作相被任命為炮兵團團長，其他的團長、營長、連長也都是張作霖的親信。第二十七師的所有關係，幾乎都是用親戚、鄉黨、盟友、幫派聯係到一起的，以幫派利益和兄弟義氣作為紐帶，結成了一個牢固的群體，名義雖為國家的軍隊，其實是張作霖的個人武裝。此時不僅是總統，即便是東三省的當權者，也不如張作霖對這支部隊的影響力大，奉係軍閥的雛形已經逐漸形成。
彼時在東三省，除了張作霖的部隊，還有三支部隊：一是馮德麟的陸軍第二十八師，由原來的奉天巡防營左路改編而成，編製是2個旅，馮德麟擔任師長，張海鵬、汲金純則分任旅長，駐紮在北鎮；二是吳俊升的陸軍騎兵第二旅，是由原來的奉天巡防營後路抽調一部分改編成的，吳俊升還兼任巡防營統領和洮南鎮守使，該部主要負責西北的地方治安，駐紮在洮南；三則是奉天巡防營右路，由東邊道鎮守使馬龍潭統轄，駐紮在原地鳳城。不管是駐紮的地區，還是裝備、兵力和兵種，這三股勢力已經完全不能和張作霖的部隊相提並論，張作霖已經發展為東北最有話語權的地方軍閥。
到了這個地步，張作霖已經不必絞盡腦汁地去親近袁世凱了，而是袁世凱主動來拉攏張作霖。在成為奉天最強的實力派之後，張作霖即發出通電表示忠於袁世凱。袁世凱遂派出密使到奉天會晤張作霖，極力拉攏，以期控製東北局勢。南北和談之後，袁世凱又密電張作霖，表示宣統皇帝退位在即，一俟清帝退位，便“任卿為東三省防務督辦”。對袁世凱的態度，張作霖自然心領神會，隨即放棄了保皇論調，成為共和製的積極擁護者，並“兩次致電袁世凱表示讚成共和”。
在袁世凱當上臨時大總統以後，張作霖更是不遺餘力地致電擁護袁世凱，“國體既定，臨時共和政府已成立，竊維推選袁世凱為大總統，實屬至當”。當時革命黨人希望袁世凱南下，而袁世凱則不願意離開自己的老巢北京，於是各地北洋軍閥紛紛發出通電表示挽留袁氏，不甘於人後的張作霖也連連通電挽留袁世凱。這一階段的張作霖，是完全擺出了一副親近袁世凱的架勢，幾乎是忙不迭地拍著老袁的馬屁。