冯玉祥在第二次直奉战争中，发动北京政变，佟麟阁前往增援。孙岳部攻取保定，一战而击溃曹部，使得徐永昌、庞炳勋两部合围保定，迫使曹世杰开城投降。冯玉祥抵京，决定组织国民军。佟麟阁任该军第十一师二十一混成旅旅长。1925年苏联顾问来到国民军，扩大编制，把步兵编为十二个师。佟麟阁升任第四师师长。

奉军郭松龄因不满张作霖勾结日本，率部起义，密约冯玉祥联合反张。冯玉祥命令佟麟阁第四师与宋哲元进攻热河。佟麟阁在占领滦河后。冯玉祥任命他为滦河防守副司令(司令为郑金声)。

12月，佟麟阁又参加天津战役，消灭奉系军阀李景林。

讨伐军阀

1926年，段祺瑞等借口国民军“赤化”，组织讨赤联军，纠集五十余万之众分五路向国民军进攻。国民军被迫撤出北京，主力退守南口附近。此时冯玉祥已赴苏联考察。由张之江任国民军总司令。佟麟阁任国民车第十一师师长。该师辖第三十一、三十二、三十三旅。佟麟阁与刘汝明的第十师防守南口，青龙桥、延庆一带阵地，张作霖、吴佩孚联介山西阎锡山等集中优势兵力，配备坦克、钢甲车新式武器，向第十一师与第十师发起猛攻，战事持续半年之久。

1935年佟麟阁与彭静智和次子佟兵在张家口

佟麟阁在接受防守南口、延庆方面的任务后，即召集有关人员研究作战方案。他对形势的分析是：第一，吴佩孚等倒行逆施，早巳引起国人公愤。这一次时赤，师出无名，得不到老百姓的拥护。第二、吴佩乎、张作霖、阎锡山三家是合股公司，各有各的打算。打了胜仗，他们能够暂时凑合在一起，一旦打了败仗，就会出现矛盾，甚至于各奔前程。第三，南口一带形势险要，我们居高临下，以逸待劳，有制敌取胜的把握。据此只要选好阵地，巧妙地构筑工事，善于捕捉战机，用各种办法消耗敌人，打击敌人，完全可以少胜多，坚守阵地。

他详细察看了地形，经过研究后决定：(一)构筑两个阵地，一真一假，在假阵地设置着军装的草人，若隐若现地作瞭望或守备阵地的状态;用各种粗细树干，涂上保护色，伪装成各种火炮;在其间也配置一定数量的真炮，间或用以向敌人射击，以迷惑敌人。(二)在阵地前和阵地间的开阔地上设置地雷区和陷阱，阻敌坦克进攻。只要敌先头坦克触雷，后面的坦克稍为迟疑的瞬间，则集中炮火向坦克及其后面的步兵轰击。(三)根据南口有电源的有利条件，在阵地前架设电网两条：第一条上安装照明设备，如电网上的灯光熄灭，即知敌人破坏了第一条电网，等到故人进入第二条电网之时，把闸门一开.使来犯的敌人触电死亡。(四)在主阵地前方三、四十米处，依据地形情况构筑强固的地堡群，在每个地堡里配备两挺机枪。(五)敌人如果同时开出三、四列钢甲车向我阵地轰击，我利用居高临下的有利地形，用四十吨的车皮满装石子，由青龙桥车站迅速滑下，两车相撞，使敌人车毁人亡。

在作战中，佟麟阁灵活地运用战术打击敌人：有时乘敌人不备突然出击;有时摸清敌人作战规律派人伏击对方;有时派出部队佯攻，然后诱敌深入而聚歼之;有时放风说弹药给养奇缺，待敌人大举进攻时，即以强人约火力予以杀伤、这些都显示了他的指挥才能。

8月，国民军终因力量不支，导致南口兵败。张之江总司令命令佟麟阁和刘汝明两师西撤。佟鳞阁的第十一师至五原，后进甘肃。

1926年8月，冯玉祥从苏联回国，举行“五原誓师”响应北伐，宣布全军官兵加入国民党。当时，国民军的杨虎城等部被吴佩孚的刘镇华部包围在西安已达八个多月之久，危在旦夕。冯玉祥派出主力，星夜驰援。国民军第一军十一师佟麟阁部及吉鸿昌第五军为先头部队，由五原经宁夏至平凉，经那州到乾州，急赴咸阳。先解赵登禹部之围，尔后进军西安，击败刘镇华部，解除了西安之围。

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