齐卢之战爆发前，卢永祥曾派其子卢小嘉，偕奉天驻沪代表杨敏恂去奉天活动，希望张作霖能率兵入关，报战败之仇而与卢有所呼应。这很迎合奉张的私心，所以张作霖遂于13年9月4日响应浙卢反直的军事行动，7日邀宴各国驻奉天的领事，宣布由于直军在山海关增兵进迫，故决兴兵入关，请各国领事通知各国侨民离开秦皇岛。
同时张作霖发表了六军人事命令为：
总司令张作霖
第一军总司令姜登选
副司令韩麟春
第二军总司令李景林
副司令张宗昌
第三军总司令张学良
副司令郭松龄
第四军总司令张作相
副司令丁超
第五军总司令吴俊升
副司令阙朝玺
第六军总司令许兰州
副司令吴光新
奉军总司令部设于锦县，分三路布防，以第三军一师一旅兵力守山海关；第一军兵力两旅驻绥中；第二军兵力一师一旅向朝阳进展；第五第六两军则利用其骑兵队分攻开鲁、赤峰；第四军集中锦县为总预备队。向朝阳进攻的一路是主攻，围攻热河，其余二路采取守势。
奉军兵力，除了派定作战任务的上述各军外，还有未调动的四混成旅及吉、黑方面军队，更有蒙古骑兵亦决定赴奉助阵。
海军方面，张作霖虽经数年筹备，且在葫芦岛有所经营，不过其军舰多为江防舰，另一部分则是征用商船加设炮位武装的，不能适用于正式作战，因此在海上的力量，似较直方为劣。张作霖本有一个计划，拟用这些不能作正式海战的军舰偷运陆军赴山东登州，以扰直军后路，可是这个计划过于冒险，加以吴佩孚洞烛机先，委派郑士琦为直鲁海疆防御总司令，迟云鹏为总指挥，担任沿海防务，以打击奉军登陆登州的计划。
奉方的空军一向在张作霖积极发展下，受中外人士所称道，张作霖致曹锟信中，有“以飞机候起居”句为自豪。而在奉军入关时旅居京津的外侨均紧张万分，要求外交团向奉军交涉，阻止奉方飞机轰炸京津，后来日本的驻华武官表示意见，认为奉方飞机不能在长距离中飞到京津轰炸，这一来人心才勉强安定下来。奉方空军编为三大队，以葫芦岛为空军根据地，向山海关、喜峰口活动，对于侦察军情、破坏直军铁路交通、扰乱直军军心和后方人心都极收效。这是中国内战中首次的空中活动。
张作霖自从第一次直奉之战失败后，鉴于老兵老将的不中用，所以起用少壮派训练新兵，期以复仇为旨志，如姜登选、李景林、张宗昌、张学良、郭松龄都算是奉军中的新人，而张宗昌和李景林则是奉军中的客籍将领。
张宗昌投靠奉系，一直不受重视，若不是这次用兵，张宗昌是不可能崛起的。
原来张宗昌自攻湘失败后，孑然一身，曾西走洛阳，吴佩孚闭门不纳，只好出关到奉天，求张老帅栽培。张作霖对这位本家很冷淡，只聘为巡（阅使）署高等顾问。张宗昌的目的是带兵，可是奉系排外思想很浓，对这位山东大汉，又是败军之将，自不会轻易给他兵权。
第一次直奉之战，当战事将发未发之际，吴对奉军下了一着冷棋，几乎竟收全功。他暗派干员持兰谱到黑龙江与黑督吴俊升约为兄弟，叫他按兵不动，同时委派高士傧为吉林讨逆军总司令，卢永贵为副司令，打算一举颠覆奉系巢穴。高士傧是孟恩远之婿，孟督吉林时代的吉林暂编第一师师长，后来孟被张作霖赶走，高自然连带去职；卢永贵是高的旧部，张作霖曾收编卢为中东路山林剿匪司令，驻防中俄边境绥芬河一带。高奉吴的密令，在哈尔滨登陆，单骑驰入卢营，卢见了老上司，当然服从一切，高、卢联合起来，在民国11年5月26日由中东路终点绥芬河直向哈尔滨杀来，沿途各站奉军护路队望风迎降，纷纷易帜为“讨贼军”番号，张作霖为之震动。高、卢率部由火车一直开到宁古塔附近海林站，忽感兵力不敷，下令停止前进。原来高不善用兵，行军500余里，经过十余小站，采取步步为营方略，每到一站就分出若干人驻守，站越过得多，前方部队越剩得少，到海林站时，仅剩万把人左右。卢的基本部队原本才有2000人，发难时收编两巨匪各5000人以上，又陆续收编护路队二三千人，合共15000人。他们到海林站时，探知宁古塔有奉军一团驻防，距海林站仅60余里，深恐被拦腰杀过来截断他们归路。其实吴派他们的任务是别动队性质，是一支奇兵，并不是正规军任务，自不需要步步为营，只要扰乱和突袭，攻其不备，胜则入穴取子，如果能一鼓攻入哈尔滨，则不难造成四方响应的局势。不料高、卢到了海林站停了两个星期，不进不退，瞻顾迟疑，这一来却给狗肉将军张宗昌开辟了一条富贵功名的大路。他这时在奉军中位列闲曹，而张作霖尚在关内打得头昏眼花，不料祸起萧墙，自家地盘内异军突起，为之手足无措，于是张老帅想起了这个专打烂仗的本家——张宗昌。