辛亥革命发生后，率领北洋军第2军镇压。袁世凯窃居中华民国大总统职位后，担任陆军总长、参谋总长、代理国务总理；袁世凯死后，担任国务总理兼陆军总长，是北洋军阀集团的铁腕人物。1920年前，实际把持中央政权，直接控制的部队有l1个师近20个旅，主要将领有徐树铮、段芝贵、靳云鹏、卢永祥等，势力主要分布在安徽、山东、河南、陕西、福建、湖北、淞沪、浙江等省区。
1917年力主参加第一次世界大战，对德宣战，在日本支持下，编组参战军，加强其军事实力。1920年直皖战争中，被直系打败，皖系部队部分被消灭，部分被直系收编。此后，段祺瑞以其个人在政界和军界的影响，还曾在北京政府中担任过临时执政，但皖系势力从此衰落。
奉系军阀
奉系是北洋军阀三大派系之一，因其首领张作霖是奉天人而得名。张作霖本是清朝末年的一股土匪，后被清政府收编，逐渐擢升。1912年袁世凯窃居中华民国大总统后任命张作霖为陆军第27师师长。1916年袁世凯死后，被北京政府任命为奉天督军兼省长，其部队扩大到3个师以上。1920年升任东三省巡阅使，实力更加膨胀，被称为“东北王”。同年，在直皖战争中因协助直系打败皖系，又将其势力范围扩大到热河、察哈尔、绥远和京津地区，部队扩编为5个师又26个旅。
1922年在第一次直奉战争中败北，势力稍减，但在1924年第二次直奉战争中大败直系，把持北京政权，成为北洋军阀最后一位统治者，其势力延伸到河北、河南、山东、江苏、安徽和上海，部队扩编为20多个师，并建立东北海军和空军。
1927年，自任中华民国陆海军大元帅，组织军政府，行使统治权，并将其他各派系军队统编为安国军，自任总司令，以对抗国民革命军北伐。1928年6月被北伐军逐出北京，在退回沈阳附近的皇姑屯车站时，被日本关东军炸死，其子张学良继任为奉军首领。同年12月29日，张学良宣布接受南京国民政府领导，奉军改编为东北边防军。1931年编入国民革命军序列。