战争爆发之初，阎锡山虽然言之凿凿地说：“于纷乱之中，持保境安民，促缩短战期。不发权利之言，不发夸大之言，不发强硬之言，不发一偏之言。并提倡公平内政，均善外交；改造须本国情，不可偏趋时潮”（《阎锡山年谱》（二），第569页）。但是，由于“阎锡山感到京保两派的骄横诡谲，自己受到压迫，实所不甘”，因此，当三角联盟与新直系对峙及布置之际，孙中山使张健以私人名义，函达阎锡山、赵戴文及南桂馨，以同盟会的旧关系，要求晋方协助时，阎即“对张健所请，乐得顺水推舟。慨允如命”（《山西文史资料》第9辑，第18页），这实际上表明阎锡山已经倾向于附段、联孙倒直。然而，阎这时并未贸然对直军采取反对行动。9月2日，直系的苏督齐燮元来电商借子弹百万发，就被阎托词婉拒。即使受孙中山《建国大纲》影响的直系军将领冯玉祥，于直奉两军在山海关等地展开激战，双方相持不下之时，乘北京空虚，倒戈回师，于10月23日发动了北京政变，将曹锟囚禁，并于次日通令曹氏下令停战，免去正在滦州督战的吴佩孚兼各职后，阎锡山仍是一方面以“礼让为国”、“化干戈为玉帛”等词为周旋，而不作明确表态；一方面依其“认请对面，才能与对面处，了解了周围，才能在中间站”的一贯行事准则。暗派台寿民、田应璜、梁航标分别到皖、奉、直各方探听情况。当他了解到段骐瑞将出山主持国政和冯玉祥发动“北京政变”的背景，且估计到直系将要失败后，才于10月下旬决定公开联冯、拥段。并答应段骐瑞要他“出兵石家庄，截堵吴佩孚所部，不使通过石家庄”的约定。在得知吴佩孚在洛阳的留守部队不多，后继无力这一情况，而10月26日，冯玉祥又电请阎锡山“遣派劲旅驻扎石家庄，以资堵击南来之反对军，则和议可告速成，同力合作，国事攸赖”（《阎锡山年谱》（二），第572页）。阎锡山这才于10月28日正式向石家庄出兵。由此可见，阎锡山参加三角联盟并出兵石家庄，是经过左右观望，反复权衡的。因为在交战双方都实力雄厚的情况下，一着不慎，将会导致严重的后果。
正因为如此，所以，阎锡山对出兵石家庄的领军人物颇为重视，当初，他委晋军第三混成旅旅长孔繁蔚为总指挥，但孔到石家庄不久，阎又怕他威名不足，又改派晋南镇守使张培梅为山西左翼军总司令前往指挥，并且去电给张，对作战原则作了明确规定，即“不准我军先开仗，是此次本军之宗旨，已与各方宣布。且本督军现正与各方周旋议和，我军若攻入，则我军穷矣”（《阎锡山年谱》（二），第573页）。此外，还暗示张培梅：“只可吸取增灶故智，虚张声势使敌望而生威，不敢北越雷池，即足以应付段方；损兵折将，虽胜不取”（《山西文史资料》第9辑，第21页）。
晋军4个团六、七千人（阎为虚张声势，称团为旅）抵达石家庄后，分别布防于定县以南之京汉路沿线附近地区，10月29日，就在石家庄以南袭击了北上增援的一部分直系军队的武装。为了坚守石家庄，张培梅还“先斩后奏”，将阎锡山两名团长龚凤山和刘树藩斩首。由于晋军迅速扩充，却又久不作战，加上阎锡山的娇纵，因而军纪松弛，令行不止的现象相当严重，正如张培梅所说“顽废松懈，士气颓弱”。部队到达石家庄时，正值隆冬，张培梅及其部队均露营野宿，并命龚凤山、刘树藩两部官兵，也下来露营。同时在铁路附近布置阵地，挖掘战壕，以备应战。然而，平时多得阎锡山骄宠之龚、刘二人却对张之命令置之不理。不仅将团部设于车上，默许士兵宿于车中，并以天寒地冷，皮衣不全为由，拒绝构筑工事。张遂大怒，为整肃军纪，以指挥不力和谎报军情为由，下令将龚、刘斩首，以示惩戒，然后方电告阎锡山。阎对张培梅此举，深为不满，疑张有独立之心，曾动意出兵镇压，后经南桂馨前往探听虚实，知张并无异心，方才作罢。杀了龚、刘二人后，张“令工兵营长杨澄源与阎锡山派往协助计划作战的参谋人员，率工兵在京汉铁路破坏桥梁、水塔，使铁路运输完全失效。张又亲自巡视营垒，并筑“鹤峰堡”（张字鹤峰）以备自守，表示坚守石家庄的决心，同时宣布‘不准任何客军过境’。当时在冀南的国民三军（‘北京政变’后，冯玉祥组织中华民国国民军，自任总司令兼第一军军长，胡景翼、孙岳分任第二、三军军长—引者注）北上接应冯玉祥，亦因铁路不通，只好徒步行军”（《阎锡山统治山西史实》第91页）。
驻守石家庄的晋军，切断了南北交通线，直军不能北上，致使吴佩孚腹背受敌，陷入困境。这时，奉军又大败直军，占领了山海关、秦皇岛、唐山等地。冯军也在杨村、北仓一带打败吴军。11月2日，曹锟辞职。3日，吴佩孚率领残部2000余人南下。第二次直奉战争以吴军主力基本被歼而告结束。12月底，驻于石家庄的晋军，奉阎锡山之命，悉数撤回娘子关。
晋军出兵石家庄时，实际上直军已面临瓦解之势，而这也正是阎锡山估计到的，否则他不会贸然行事。因此，晋军与直军并未发生大的战事。尽管如此，阎锡山出兵石家庄，毕竟使其势力在向外发展上迈出了第一步。并且，在二次直奉战争中，他与各方的周旋，也增加了他在各军阀中的份量。
第二次直奉战争结束后不久，阎锡山或联名或以个人名义分别致电张锡元、马福祥、冯玉祥、卢永祥、胡景翼、孙岳等人，以“国家纲纪之不振，实则中央主持之失宜”为由，希望他的恩师段骐瑞“务切俯念大局，慨允出山，即日命驾莅京，主持一切”，“请艺老为中华民国执政”。与此同时，张作霖、卢永祥、冯玉祥、胡景翼、孙岳等人，也联名致电各方，拟即公推“合肥段公”为“中华民国临时执政”。在各方面的联名拥戴下，11月24日，段骐瑞正式就任“中华民国临时执政”，组织“临时执政府”。而在此之前，发动“北京政变”的冯玉祥电邀孙中山北上共商国是。孙中山遂于11月10日在广东发表《北上宣言》，主张速开国民会议，废除不平等条约，以民族民权民生为基础，以谋中国统一与建设，造成独立自由之国家。接着11月13日，启程北上。由于孙中山对山西的形势一直予以密切关注，1920年他闻知“中央有换晋督之说，大为不平”，他与段骐瑞、张作霖结成“反直三角同盟”后，又让张健以私人名义致函阎锡山，要求协助北伐成功。因此，孙中山北上之后，阎锡山即派王宪赴天津欢迎。同时，“组成山西国民会议促成会”，以示响应孙中山的《北上宣言》。12月21日，孙中山向各省各军民长官发出“马电”，声明“文对于时局主张，以国民会议为解决方法”后，阎锡山又很快复电孙中山，表示“尊处选派同志宣传政见，具见伟筹，已饬属知照矣”（《阎锡山年谱》（二），第596页）。
然而，孙中山的主张却遭到了“反直三角同盟”中另外两位盟友段骐瑞、张作霖的反对。《北上宣言》一发表，段骐瑞马上以“外崇国信”和“召开善后会议”相对抗。孙中山抵达天津后，张作霖也劝孙中山放弃联俄、联共、扶助农工的三大政策。这使抱病北来的孙中山极为愤慨，病情恶化，于1925年3月12日在北京逝世。“三角同盟”遂自行瓦解。从而使段、张利用其控制的北京中央大权，独行其是。也因此引起了其他军阀的不满，为中国政坛的动荡埋下了隐患。
首先是兵败南下的吴佩孚于1924年11月初在汉口以直系各省军阀的名义，发表通电，宣布组织所谓“护宪军政府”，以此代表中华民国行使一切内外政务，并于11月21日在汉口成立了“十四省讨贼联军总司令部”，自立为司令。这一举措的直接后果是，1925年10月，直系军阀浙江督军孙传芳以浙闽苏皖赣五省联军总司令的名义通电讨奉，经过“浙奉战争”，将二次革命战争中乘势进入上海等地的奉军势力赶出了江南，奉军撤至山东境内。江浙五省成了直系孙传芳的势力范围。
与此同时，各军阀为了自己的利益，也发生了分化与新的组合。不仅奉张与冯玉祥的矛盾加剧，终至反目成仇，而且吴佩孚与张作霖之间的关系，也发生了新的变化，化敌为友，结成联盟。在第二次直奉战争中，冯玉祥为了对付曹锟、吴佩孚，曾与段骐瑞、张作霖暂时联合。可是，当张作霖战胜直军后，因其势力扩大，遂背弃了当初奉军不入关的约定，大举挥师入关，抢缴直系败军枪械，收编直系军队，抢占地盘，因此，引起了冯玉祥的极大不满。所以，在张作霖的部将郭松龄提出罢兵息争，退出关外，保境安民，开发东北的建议后，冯玉祥即予支持，并与郭松龄订了倒张密约，还成立了郭松龄、冯玉祥、李景林“小三角同盟”。1925年11月下旬，郭松龄宣布“班师回奉”，率部7万余人由滦州向山海关进发，开始举兵倒张后，冯玉祥即趁机进占了热河。当他向李景林提出假道出关援郭的要求，被李拒绝后，继续进兵，并与当年12月下旬攻占天津。李景林率部退往山东，与张宗昌结成直鲁联军。这时，冯玉祥为了牵制奉军，想与吴佩孚联合，但吴不忘当初冯玉祥倒戈回师陷其于困境之旧恨，拒绝与冯合作，而与张作霖合作，共同对付冯玉祥。就在这时，郭松龄的倒张行动，也因李景林的变卦和日本帝国主义的干涉归于失败。冯玉祥见局势对己已大为不利，遂宣布下野，将其军队和地盘交给下属，准备赴苏联考察。吴佩孚、张作霖结盟后，商定吴军由京汉线北上，直鲁联军由津蒲线北上，奉军负责关外（指西北），奉张助吴军饷200万元，北京政局由吴主持。随即，奉军、直军和直鲁联军向冯玉祥的国民军进攻，发起了所谓的“讨赤”之役。
本来，“讨赤”与阎锡山并无甚关系，况且在第二次直奉战争中，阎、冯还是盟友。可是，由于“北京政变”后，冯玉祥组织的国民军，随着对直系败军的收编及对直系地盘的进占，其军事实力迅速增加，半年之后，国民一、二、三军的军队便扩张到三四十万人，不仅占领了察绥两地及京畿附近，而且河北、陕西关中及豫西等地，也掌握在国民军手中，这无疑给阎锡山的军事扩张增加了一个竞争对手。更为严重的现实是，当时，山西的东面是占据河北的孙岳国民第三军，西面是据有陕西关中的胡景翼国民第二军，北面是以察哈尔、绥远及京畿附近为地盘的国民第一军。这三个方面的国民军，不仅对山西形成了包围之势，对阎锡山政权的生存构成了严重威胁，而且，也成了阎锡山向外扩张的严重障碍。
