张作霖虽已成为独霸东三省的大帅，然而他还心犹未足，他还想进取中原，主政北京，只不过在当时，直、皖两大军阀正在激烈争斗，而以他为首的奉系军阀，暂时还只能充当配角。张作霖原来是追随皖系段祺瑞的，后来皖系声名狼藉，张作霖也见风使舵，加入反皖的行列。尤其是1919年6月徐树铮出任西北筹边使兼西北边防军总司令，控制了西北地区以后，对奉系构成了直接的威胁。于是，1919年底到1920年初，张作霖与曹锟组织了北方八省反皖同盟。
1920年7月，直皖战争爆发。日本帝国主义看到皖系已声名狼藉，便抛弃皖系，大力扶持奉系，指使奉系联直倒皖。7月13日，张作霖以张景惠为关内奉军司令，自己亲率大军入关，并发布《讨伐段祺瑞檄》，指责段“排除异己，把握政权”，“弄权卖国，残民黩武”，“穷其罪状，罄竹难书”。7月14日，战争正式爆发。7月17日，直军吴佩孚在西路涿州一带大获全胜，俘虏皖军西路指挥曲同丰。同日，张作霖指挥奉军第二十七师、第二十八师分驻马厂和军粮城一带配合直军作战，皖军东路指挥徐树铮不战而逃。7月19日，段祺瑞被迫通电辞职。7月23日，直奉两军进驻京都。张作霖终于实现了入主北京的愿望，与直系曹锟共同把持了北洋军阀政府。
张作霖在直皖战争中联直倒皖，奉系乘机派兵入关，把势力扩张到京山铁路沿线和内蒙古等地。直皖战争结束后，直奉两系共同把持了北京政权。但是，这个北京政权实际上是英美日三国的共同侵略工具。由于帝国主义相互间的矛盾，又迅速导致了直奉两系的矛盾和斗争。双方为了争夺更多的势力范围，各不相让。长江流域各省，是两系争夺的焦点。争夺的结果，是奉系的扩张计划屡遭失败，直系势力日益膨胀。
1926年6月，吴佩孚、张作霖以黄土铺地的仪式进入北京，直奉合作，把持了中央政权。吴佩孚、张作霖互换兰谱，结为兄弟。但是，就在此时，广东国民革命军誓师北伐，很快攻克湖南，直指湖北，吴佩孚不得不于3月22日乘车兼程南下，指挥堵击北伐军。
北伐军在两湖和浙赣节节胜利，吴佩孚退入河南，孙传芳又重新投靠张作霖，与张作霖化敌为盟友。1926年11月，孙传芳亲到天津见张作霖，并与张宗昌等提议，为了便于对抗北伐军，宜组织一支统一的军队，由张作霖出任最高军事首领。于是，12月1日，张作霖出任安国军总司令，张宗昌、孙传芳为副司令，杨宇霆为总参议。12月27日，张作霖再次以黄土铺地的仪式进入北京。他想以“临时总统”或“大元帅”的名义于元旦在北京主政，迫不及待地尝一尝当“元首”的滋味。但杨宇霆却极力反对，劝他在军事上没有把握之前，不要过早行事，以免到处树敌。张作霖听从了劝导，但心有不甘，说：“我终究非干一次不可。”
1927年4月，冯玉祥部及阎锡山部亦改称国民革命军，和北伐军一起夹击奉军，张作霖的统治已摇摇欲坠。然而，张作霖还未忘实现自己的“元首”美梦。1927年6月，孙传芳、张宗昌等人按张作霖的意图，推戴张作霖为“大元帅”。6月18日，张作霖在怀仁堂就任“中华民国陆海军大元帅”。就职仪式冷冷清清。张作霖有气无力地念了就职“誓词”后，孙传芳、张宗昌、吴俊升、张作相等向他三鞠躬，就这样，“大元帅”就算上任了。这是北洋军阀的末代政府，称zg军政府组织令》中，规定大元帅率陆海军；代表z行使最高统治权；军政府置国务员辅佐大元帅政务；国务院设总理及各部总长。就这样，张作霖在行将灭亡之前，终于爬上了他梦寐以求的最高宝座。他和段祺瑞一样，虽无“大总统”之名，而行“大总统”之实。只不过，张作霖的末日高升，只是一阵回光返照而已。
6月20日，内阁组成：潘复为总理、王荫泰为外交部总长、何丰林为军事部总长、沈瑞麟为内政部总长，阎泽溥为财政部总长，姚震为司法部总长，张景惠为实业部总长，刘向清为农工部总长，刘哲为教育部总长，潘复兼任交通部总长。潘复内阁是z北京政府第四十六届内阁，也是最后一届内阁