在奉係中有舊派與新派之別，舊派以張景惠、張作相、湯玉麟等張作霖的“老哥們兒”為首，新派則以張學良、楊宇霆、郭鬆齡為代表，也有一些人如吳俊升、孫烈臣、李景林等則被認為是新舊派的過渡人物。第一次直奉戰爭後奉軍的裁軍整合被認為是新舊派係的一次過渡，主和的舊派在戰事中遭到直係重創，而新派的張學良、郭鬆齡、李景林等人則表現出眾，從而得到張作霖的器重。經過與直係的戰鬥，張作霖認識到奉軍存在的問題很多，在退回奉天之後，他開始著手對奉軍進行大刀闊斧的改革，而新派便成為推動奉軍改革的主要力量。畢竟，張作霖要的是一支鐵打的部隊，而不是一支打鐵的部隊。
（一）
早在第一次直奉戰爭之前，張作霖就已經在奉天建立了兵工廠，並將奉天東塔以東的1800餘畝土地選為兵工廠基址，委派奉天省軍械廠廠長陶治平負責建廠籌備工作。1921年，陶治平率先建成了無煙火藥廠、槍彈廠和槍廠等三個工廠，張作霖見陶治平工作出色，便委任他為兵工廠總辦。建廠初期，缺乏專門人才，張作霖便聘請外籍技術專家，聘請的專家包括日本人、德國人、奧地利人、俄國人和瑞典人等，分別擔任顧問、技師或技士等職，主要負責安裝各種機器、設計製造機器配件和工具模板，以及對技術人員的培訓指導等。
為了培養自己的兵工專門人才，張作霖又設立了兵工學校。學員分為初中、高中、專門三部，采用“三三製”：初中畢業後，派到廠裏任三等技手，服務三年；高中畢業後，派入廠裏擔任練習生，同時可升任一等技手；專門部畢業就等於大學畢業，直接擔任一等技手或技士。正是因為張作霖注重對技術人才的培養，外籍專家此後雖然有所減少，但兵工廠並沒有受到過多影響。
1923年，陶治平去職之後，張作霖更是委派五虎將之一的韓麟春繼任。韓麟春是奉天遼陽縣人，字芳宸、芳辰，1904年考入北京“練兵處”，被送往日本陸軍士官學校學習，後於日本士官學校中國學生隊第六期炮兵科畢業。1908年回國後任清政府陸軍部軍械科科員，後升至軍械司司長、陸軍講武堂教務長等職。不久出任陸軍部參事、駐美陸軍武官。民國建立之後，韓麟春在北洋政府的陸軍部任職，因為發明“韓麟春式”步槍被授予王位勳章，升任軍谘府參事，1919年代表北洋政府赴歐洲考察，並代表陸軍部任巴黎和會軍事委員。1922年直奉戰爭之後，韓麟春入奉投靠張作霖。
在陶治平執掌兵工廠期間，兵工廠的六五式、七九式步槍彈由日產1萬發增至日產10萬發，而在韓麟春接手之後，則將日生產量拔升至15萬發，年產大炮數量則達到了150餘門，另年產炮彈20餘萬發、步槍6萬餘支、機關槍1000餘挺，其中最為重要的還是迫擊炮的大量投產。
因為迫擊炮在第一次直奉戰爭期間發揮了巨大的功效，張作霖特地從俄國購進了一批六○式迫擊炮，這種炮非常小巧，操作簡單，運輸方便，且兼具曲射和直射兩種效能。
1922年，張作霖籌辦奉天迫擊炮廠，便專門重金聘請英國人沙敦主持，所以當時奉天迫擊炮廠主要生產的是英國斯托克斯式迫擊炮。這種迫擊炮構造簡單、操作容易，可以適應多種地形的戰鬥。
當時奉天迫擊炮廠生產的迫擊炮都配有炮車以及彈藥車，每輛彈藥車可以負載10發炮彈。在沙敦主持迫擊炮廠期間，每年的經費預算約78萬元，每月則可以製造迫擊炮80門，炮彈4萬發。到後來李宜春繼任，每年的經費則攀升至130萬元。
在發展兵工廠的過程中，張作霖對兵工廠可以說給予最大的資金保障，兵工廠每年的財政預算都是優先考慮。對兵工廠內的各級工作人員，張作霖都給予最優厚的待遇。加之這一階段的東北正是張作霖主政後財政狀況最樂觀的時期，宣布獨立之後，張作霖便將東三省的鹽稅收入和奉榆線的運費收入全部截留己用，使得1923年單奉天省的稅收總額就高達3000餘萬元，扣去支出後尚有820餘萬元盈餘，使張作霖有足夠的資金投入兵工廠建設。
為了鞏固反直三角聯盟，以備再次與直軍征戰，張作霖委派韓麟春南下聯絡孫中山，遂將兵工廠總辦的職務交由楊宇霆，後又將總辦升格為督辦。楊宇霆當時還兼任著督軍署總參議，所以在用人用錢上都有極大的決策權，加上張作霖的支持，兵工廠便進入了大規模發展時期。
除此以外，楊宇霆先是增設了炮彈廠，後來又大力擴建了炮廠、火具廠、鑄造廠、製酸廠、木工所，共計有“八廠四處”，以及統計委員會、兵工學校、兵工醫院等17所單位。到九一八事變前，兵工廠職員共計有1000餘人，工人達到2萬人，最多的時候甚至一度達到2.5萬人。全廠裝備大小機器在萬台以上，業已成為當時全國規模最大的綜合性兵工廠之一。但在九一八事變之後，東三省兵工廠被日軍全盤占為己有。