1926年7月，国民革命军在广州誓师北伐，不到一年的时间，北伐军就打垮了吴佩孚和孙传芳集团，从珠江流域打到长江流域，拿下了半个中国。宁汉分裂后，南京国民政府和武汉国民政府各自继续北伐，在河南，唐生智打败了张作霖，与冯玉祥会师郑州，另一边，蒋介石和李宗仁也在徐州打败了张宗昌，北洋军阀已经岌岌可危。
此时中国北方还有一股不可忽视的力量，那就是山西的土皇帝——阎锡山。这位鬼精的主，日后的“三弹舞王”一直龟缩在三晋大地观望着，直到吴佩孚和孙传芳完蛋了，张作霖也结结拜退。这时，一向擅长站队的阎老西才宣布加入国民革命军，出任国民革命军北方总司令，部队改编为国民革命军第3军，向张作霖宣战。
张作霖对阎锡山的倒戈非常震惊，毕竟之前他们一直都在合作“反赤”，并且共同打击冯玉祥。但阎锡山的倒戈还是让晋奉两系之间的关系急转直下。此时，阎锡山已经拥有了民国三大兵工厂之一的太原兵工厂，生产了大量的枪炮，晋军火力得到了强化，阎锡山的野心也大大膨胀，他企图冲出山西赶走张作霖，将北半个中国拿下。
1927年10月，阎锡山率领4个军的主力兵分三路出发了，一路由他亲自带领沿着正太铁路穿越太行山进攻石家庄，随后沿着平汉铁路北上进攻北平，另一路由商震率领从大同出发，沿着平绥铁路进攻北京。此外，还有一支穿越太行山、切断北平与保定之间联系的奇兵,这便是傅作义的第4师。
最初，张作霖对阎锡山防备比较松懈，但没想到阎锡山这次敢来真的，因此最初奉军面对晋军攻击确实有点措手不及，但张大帅也不是吃素的，立马从最初的混乱中恢复过来，并从东三省调集大量军队入关，同样拥有东北兵工厂的奉军火力更加强大。而晋军嘛，现在很多人对晋绥军的印象都是来源于《亮剑》楚云飞的358团，认为晋绥军战斗力很强。但事实上，楚云飞的原型是根据张自忠、王耀武、邱清泉等形象混合虚构的，这些人都不是晋绥军，在真实的位面上，晋绥军在民国各军阀中战斗力是垫底的。奉军仅一个回合，就把晋军两路主力都打垮了，阎锡山只能狼狈逃回山西。
晋绥军
虽然努力拉了垮，但作为奇兵的傅作义第4师依然按计划前进，士兵们翻山越岭日夜兼程，于六天后靠近了北平郊外的涿州，涿州在北平和保定之间，是平汉铁路的一个站点，攻下涿州就可以切断平汉铁路，也就切断了奉军交通大动脉，意义很大。此时，涿州守军奉军15师正好和张学良的卫队旅在进行换防，晋军先头部队入城师，奉军竟然还把他们当成了自己人没有防备，结果仅一天时间就被打出了城，10月14日，傅作义进入涿州。这次偷袭算上一击打在了奉军心窝子上。
张作霖得知涿州失守后大惊，立即调集2个师以及1个炮兵旅共3万人，由张学良亲自指挥，将涿州包围起来，傅作义的第4师8000余人就成了孤军。但傅作义并不惊慌，他一边构筑防御工事，部署炮兵，加固城墙。同时合理协调城内管理，帮助平民挖防备炮火的地道。一切安排妥当后，城外的枪声响起了。
傅作义将军
10月15日，奉军对涿州的攻击开始了，在上百门大炮的轰炸下，奉军步兵像潮水一样涌过来。但傅作义最善于的就是守城，整个涿州已经被打造成了一柄坚盾，当天晋军就连续打退了奉军的5次进攻。
奉军见强攻不成，于是改变战略，他们利用铁甲车向涿州城墙下运输了大量炸药，企图直接炸毁城墙，但是由于城墙实在太厚，加上炸药没有完全引爆，所以城墙只是塌了半壁，奉军依然无法登城。守军趁机调来大炮，在城里双塔上的观察哨指引下，向奉军开炮，奉军再一次伤亡惨重。随后奉军也开炮还击，并且打算炸掉双塔，摧毁守军的观察哨，但奉军炮击效果很滑稽，第一炮只是打掉了塔尖，没有造成大的破坏，第二炮打中了但是没有爆炸，等开第三炮的时候直接炸膛了，当时的士兵都还很迷信，认为是双塔的灵异在作祟，于是停止炮击。
傅作义趁奉军休整间隙，不断派出小股部队出城偷袭。18日，两个营的守军发动偷袭，击毙了奉军的一个团长，还抓了不少俘虏，傅作义通过审讯俘虏，得知奉军调来了工兵技术队，傅作义敏锐的意识到奉军要挖地道了。
果然，奉军从城外九个方向开挖地道，企图挖到城墙下方炸毁城墙，傅作义同样命令攻兵挖掘壕沟，阻断地道，将奉军的八条地道破坏了。但在27日，奉军还是通过最后一条地道将两吨炸药放在城墙下进行了爆破。虽然炸塌了城墙，但倒下的砖石又把缺口给堵上了一半，奉军还是得爬着砖石堆攻城，守军利用猛烈的火力封住缺口，并不断组织敢死队向奉军反扑，一时间双方都伤亡惨重，奉军还是无法攻进城内。
陆上不行，那就从天上。奉军空军也出动了，向城内投放了燃烧弹，大片房屋起火，但好在傅作义之前挖的地道起了作用，老百姓都躲在里面没造成太大的人员伤亡。这过程中，张学良甚至亲自开飞机在涿州上空盘旋，投下劝降传单，但并没有什么效果。
见各种手段都没有作用，奉军干脆破罐子破摔，直接动用了人海战术，在大炮轰炸下波浪式冲锋，同时，还调来了几辆从法国购买的雷诺17坦克参与攻城。但傅作义指挥守军一边坚守，一边不断的修复工事，奉军的进攻还是没有作用，反倒被打坏了几辆坦克，坦克上的零部件和汽油甚至还被出城偷袭的守军小股部队抢去了。
利用这些缴获的汽油，守军启动了汽油发报机，傅作义得以向阎锡山汇报涿州的战况并请求支援，但此时阎锡山刚刚逃回山西无力支援，只能要求给予口头鼓励，要求傅作义继续坚守，总之就是：坚定守住，就有办法。
此时，双方都已经伤亡惨重。打红眼的奉军甚至还动用了500多枚毒气弹向城里发射，但这批毒气但是欧洲一战剩下的二手货，此时已经基本过期了，很多都没炸，剩下的也形成不了足够的毒气，傅作义发觉后，立即命令城里的军民用棉花浸透碱水做防毒面具，奉军的毒气依然没有造成太大的损失。对自己的同胞居然下得了手使用毒气，张大帅也是真的够过分的。后来这件事被傅作义和阎锡山传出去，加上新闻报纸报道，张大帅大失民心。
打到了11月底，奉军已经无计可施了，张作霖下令把涿州围困起来，扬言要饿死傅作义。就这样时间一天一天过下去，城里的粮食也渐渐消耗光了，不少军民只能用杂粮酒槽充饥。此时已经入冬，而不少守军依然还是穿着单衣。
面对饥寒交迫守军，城外的奉军则是不断的利用食物来劝降。并且还派出熊希龄等名流进城劝傅作义投降，都被傅作义拒绝了。傅作义继续向阎锡山求援，但阎锡山的回答依然是：坚定守住，就有办法。
但随着时间一天天过去，城里的形势也更加艰难，每天都会有人饿死，城里的百姓也坚持不下去了，不少人跑到傅作义的司令部门口跪地哭泣请求罢战，不少士兵也要求傅作义给出固守期限。后来，城里彻底断粮，被饿死的人也越来越多，最终，无奈的傅作义被迫出城与奉军谈判，经过与张学良的多轮谈判，2月4日，双方签订了停战条约，规定即日起停战，奉军需要向城内支援粮食，并赔偿战火造成的损失，涿州守军改编成国防军，开赴军粮城。2月7日，奉军进入涿州。
涿州之战，傅作义以8000孤军挡住了数倍于己的奉军，坚守孤城3个月，傅作义因此一战成名。并且还收获了张学良这个铁杆粉丝，虽然后面傅作义被钦禁，但张学良始终把他奉为上宾。
张学良
对于赔偿涿州在围城中的损失，奉军有没有兑现不得而知，反倒是傅作义在天津时打击了不少毒贩土匪，缴获不少钱财，同时又向阎锡山要了一笔钱，将这些钱给了涿州百姓，在当时的军阀中简直不可想象，因此老百姓非常感激傅作义，还在城内修建了一座傅公祠。
中原大战后，晋绥军战败，接受了张学良的管辖，张学良遂推举傅作义成为了绥远省主席，这算是为傅作义的人生打了一股强烈的推进剂，傅作义上任后，很快就将祸害当地已久的匪患全部肃清，同时又大力发展生产，并且大兴水利，整顿金融，稳定了绥远省局面，河套地区也成了产粮中心。这一系列的成就，为傅作义立足绥远，并取得绥远抗战、百灵庙大捷、奇袭包头等一系列胜利奠定了基础。
