西北军的溃败，给晋军造成了可趁之机。阎锡山瞅准时机，乘国民军撤退之际，派兵向绥远方向追击，大获其利。国民一军的陈希圣、韩复榘、石友三的队伍，先后被迫投降。阎锡山一下子增加了三个师的军队，将势力范围扩张到了绥远，占领了包头。这次讨冯，阎锡山再次获得厚利，把自己的势力范围扩张到了绥远，于是宣布把晋军改编为晋绥军。
在直、奉、阎联合讨伐冯玉祥期间，广东革命政府的北伐也在积极准备之中。冯玉祥宣布下野之后，赴苏联考察。在苏期间，与苏联领导人会见，并与中共驻共产国际代表接触，对革命有了进一步的认识。因此，9月回国，就响应广东革命政府的北伐，率西北军在内蒙五原誓师。在誓词中明确宣布：“现在我所努力的，是遵奉中山先生的遗嘱，进行国民革命，实行三民主义。”兵败后归附晋绥的陈希圣、韩复榘、石友三的部队与冯玉祥旧情不断，得到消息，都悄悄开赴五原与冯玉祥会师。这三个师归附之后，阎锡山给他们补发了欠饷，换发了服装，还补充了弹药。一夜之间，他们突然开拔，都又回到冯玉祥的怀抱。事前既无任何风声，事中也无什么周折。这使阎锡山非常惊异，也十分恼怒。但他却没有大发雷霆，也没有怪罪部下，反而做了个顺水人情，给冯玉祥拍发一个电报，表示：你的队伍经我代管了几个月，现在你回国来了，他们自应还归你指挥，等等。吃亏换个人情，也许就给自己多留了一条路，阎锡山的算盘，打得总是很精细的。
趁热打铁，阎锡山着手进行第三次扩军。自任“晋绥军”总司令，将步兵扩编为17个师。后来，收编徐永昌的国民军第三军之后，又将师扩充为军，共编了8个步兵军，另组成8个炮兵团，兵力突破10万，达到了13万人。
联蒋讨奉 占据京津
北伐的胜利进军，直系的土崩瓦解，给各路军阀敲响了丧钟，迫使他们聚集起来商讨对策。11月，张作霖慌忙在天津召开会议，拼凑所谓“安国军”，企图与北伐军对抗。“安国军”由张作霖任总司令，阎锡山为副总司令之一。阎锡山在表面上拥护张作霖，还派出自己的代表参与“安国军”的事务，却迟迟不肯就任副总司令一职。他经过仔细的盘算，觉得北洋军阀已经走向穷途末路，难以依靠；张作霖的力量也未必能够抵挡锋芒锐利的北伐军。前程难测，决不能死心眼地吊在一棵树上。因此在应付张作霖的同时，又走出了左右逢源的棋子。这时，广州革命政府派代表到太原，与阎联系，希望作为同盟会老前辈，阎锡山能派人到武汉商讨参加北伐事宜。阎派出老同盟会员赵丕廉前往，行前，阎再三叮嘱：“秘密未揭开前，由你负责；揭开以后，是蒙的事。”原来，此时的阎锡山还有一段隐忧。他从日本进口一批枪械，三个月后才能运回山西，之前不能有所举动。否则，枪械就可能让奉军掠去。赵在武汉与北伐军会面之后，又赴南昌拜见了北伐军总司令蒋介石，转达了山西方面对北伐军的欢迎和期盼之情。蒋介石对阎锡山做出这样的表态表示满意，认为阎锡山是同盟会的老前辈，又是丈夫团的人，盼望他能及早举事。阎锡山听到这个消息，感到这次试探收获重大，北伐军不仅没有将自己当作打倒的对象，而且还把自己当作革命力量，自然也很高兴。于是把张作霖的任命弃在一旁，随即指示赵向蒋介石允诺，晋绥军可以在1927年的5月5日出兵。广东革命政府对阎的明朗坚决的表态非常欢迎，由国民党元老谭延凯提请，广东国民政府授予阎锡山北方国民革命军总司令之职，对他在北方响应和配合北伐军寄予很大的希望。
一边是“安国军”副总司令，一边是北方国民革命军总司令，阎锡山在两边都挂着钩，观望形势而来回掂量。这时，阎锡山盘算的是，北伐军虽然节节胜利，但离山西还是太远。奉军仍盘踞着京津地区，强大的实力分布在京汉线和京绥线一带，自己如果表态太早，反倒会惹怒张作霖，招来大祸。因此，他也没有立即就任北方革命军总司令一职，并且，还派出代表在北京与奉系继续维持关系。
形势不断发生着出人意料的变化。4月12日，蒋介石发动政变，向中国共产党和革命群众举起了屠刀，并