蒋介石统率的国民革命军，誓师北伐时，共有八个军，十万人。第一军至第六军驻广东，军长依次为蒋介石(后为何应钦)、谭延闿、朱培德、李济深、李福林、程潜。第七军军长李宗仁，驻广西。第八军军长唐生智，驻湖南。
这支部队虽然大多数来自旧军队，但它却是依照苏联红军的榜样，建立或改造而成的新式部队，聘请了苏联顾问，建立了党代表制度和政治工作制度，一些共产党人担任了党代表和政治部主任，政治素质和战斗能力都有显著变化，非以往的军阀部队可比。不过，这支部队毕竟是从军阀部队脱胎而来，仍然带有旧军队的印记，从蒋介石到各军军长及其他高级将领，大敌当前，大都能够为国民革命效力，但当工农民众真正起来，他们又惧怕革命，把这支部队的绝大多数又领回了原来的老路上去。
冯玉祥统率的国民军，五原誓师时，除原驻甘肃的以外，不足五万人，但经过冯玉祥亲自检点整顿，全军井然有序，精神振奋。同国民革命军一样，国民军也聘请了苏联顾问，成立了国民党最高特别党部，冯玉祥出任党代表，并在中共人士帮助下，加强了政治思想工作，成为一支富有革命气息的部队。
同样，国民军也是来自旧军队，自然也存有许多旧东西，冯玉祥本人也是如此，他重新组建了一支致力于国民革命的部队，但当基本打垮北洋军阀之后，他又把这支部队作为发展自己的资本，又回归到军阀营垒中去。
南北两支革命军有一个共同的敌人，这就是北洋军阀。这时，北洋军阀不仅掌握着中央政府，控制着全国绝大部分地区，而且军事实力也远远超过革命军，盘踞各省的地方军阀不算，光是三支大的军阀就有七十五万人的兵力，其中：
直系军阀吴佩孚，拥兵二十万，控制河南、湖北和湖南大部及直隶南部等地。
原为直系，现已自成一派的孙传芳，也是拥兵二十万，盘踞苏、浙、皖、闽、赣五省，自称“五省联军总司令”。
奉系军阀张作霖，有三十五万人马，占有东北和山东、直隶、热河、察哈尔等地，并控制着北京政权。
直奉两系军阀，为了权势之争，在1922年和1924年的两次大战中，曾打得你死我活、头破血流。这时，为了共同对付革命，他们又联合起来，在北方，合力攻打国民军，在南方，企图以直系全力进攻广东。孙传芳表面上观望，挂起“保境安民”招牌，实际上也在积极备战，伺机进袭广东。
国民革命军根据敌众我寡和军阀部队的态势，决定采取集中优势兵力、各个击破的方针，即先打吴佩孚，再打孙传芳，最后消灭张作霖。为此，国民革命军除以一部留守广东、广西外，绝大部分兵力都开往北伐前线，其中投入湖南、湖北的就有八九万人，以五六万人攻打吴佩孚，以三万左右人警戒江西，防堵孙传芳援吴。
国民革命军誓师北伐之前，1926年5、6月间，第四军的叶挺独立团和两个师及第七军，就已先后入湘援助唐生智，稳定了湖南战局，与唐的第八军相配合，7月11日，攻占湖南首府长沙。一个月后，即8月11日，以蒋介石为首的总司令部和以加伦为首的苏联军事顾问团抵达长沙。他们从广东出发，一路上受到沿途民众的热烈欢迎，长期受战乱之苦的湖南民众显得尤为热烈和真诚。蒋介石等到达的前一天，长沙五万多欢迎群众，从炎热的中午就开始恭候，一直到次日凌晨3点才一睹总司令的风采。民众对北伐军的支援与欢迎，使蒋介石激动不已，他说，北伐军从广州到长沙，沿途民众燃放鞭炮致敬，为北伐军带路挑担、供粮供水，表现了真诚相助之意。
8月12日，蒋介石在长沙召开了军事会议，决定将战争引向湖北，直捣武汉。会后，北伐军发起攻击，连克九江、岳州，进入湖北境内。8月27日和30日，北伐军先后攻克粤汉路上的两个军事要隘——汀泗桥和贺胜桥，9月1日，进逼武汉。
9月3日，蒋介石到达武昌近郊，指挥攻城。5日，强攻武昌，不下。但吴佩孚受炮火威胁，北逃河南信阳，留下城防司令刘玉春率三万人死守。6日和7日，北伐军先后进占汉阳和汉口，武昌在围困中，攻克只是时日问题，湖北战事大局已定。
主要战场转向江西，除一部留守两湖和围困武昌外，北伐大军东移，9月19日攻占南昌。孙传芳调精锐部队反攻，22日展开激烈争夺，蒋介石的第一军第一师师长王柏龄不听调遣，并且夜宿妓馆，使得军中无主，与敌刚一接触，即全军覆没，王柏龄和师党代表缪斌只身脱逃。23日，北伐军被迫退出南昌。
中山舰事件时，蒋介石将共产党人排出了第一军，使得这个军纪律败坏、战斗力日衰。这次开赴江西作战的第一师和第二师，欺压群众，强占民房，军官们吃空饷，非嫖即赌，许多士兵吸毒抽大烟，这些堕落败坏情形，蒋介石一清二楚。为此，他感到脸上无光，十分气愤，早在7、8月间，就曾几次训斥王柏龄等人，“不能严振风纪，败坏第一军之名誉”，要求他们“各发天良，严约所部”，甚至说：“如果不能照我的话做到，我不再讲什么话，只有多预备几颗子弹，来枪毙我自己的学生。”可是，蒋介石的“痛诫”丝毫不起作用，第一师在南昌争夺战中仍然是长官嫖妓，全军覆没。蒋介石说的话也根本不能兑现，对只身脱逃的王柏龄，不但没有枪毙，也没给任何惩罚，反而继续重用。凡是忠于他的黄埔系军人，即使犯法有罪，也会受到庇护和提拔的。
1926年10月10日，是武昌起义五周年纪念日，围困武昌的第四军，以叶挺独立团打先锋，一举攻下武昌城，生俘刘玉春。至此，吴佩孚的主力基本消灭，两湖战场胜利结束。
第四军作战勇敢，屡克强敌，被誉为“铁军”，尤其是叶挺独立团，骨干力量为共产党员和青年团员，战功卓著，纪律严明，破城夺隘，负有盛名，北伐名将叶挺，更是家喻户晓，广为传扬。
攻克武昌的第二天，10月11日，江西方面的北伐军再次围攻南昌，12日，蒋介石亲自指挥攻城，未果，大军后撤。
10月15日，蒋介石重新制定作战计划，将入赣部队编组成三路大军，亲任总指挥，于11月1日发动攻击，首先肃清了南昌外围敌军，5日，攻克九江，孙传芳逃回南京。接着，三路大军会攻南昌，守军争相逃命，8日，占领南昌。至此，孙传芳在江西的十万大军，几乎全被消灭。
11月9日，蒋介石的总司令部移驻南昌。
当孙传芳主力投向江西，福建空虚之际，何应钦率第一军一部入闽，驻闽敌军纷纷倒戈，未经大的战斗，即于12月18日进占福州，继而收复福建全省。
1927年1月，北伐军分兵三路，继续进军。除一路出湖北沿京汉路北上，向河南进军外，另两路分别向长江下游推进，2月，进占杭州，接着占领安庆、芜湖等地。3月22日 ，上海工人第三次武装起义胜利，北伐军未废一枪一弹进入上海。24日，进占南京。
国民革命军出师北伐不到十个月，就消灭了吴佩孚、孙传芳两大军阀的主力，把革命由珠江流域扩展到长江流域，解放了大半个中国。
五原誓师后，冯玉祥采纳了李大钊派人所转达的建议，确定了“固甘援陕，联晋图豫”八字战略方针，准备在取得陕西后，出潼关，沿陇海路南下河南，与北伐军联成一气，夹击奉军。
甘肃和陕西两省，以前就是国民军所辖地区。这时，甘肃已成为国民军的后方，而陕西则受到了地方军阀刘镇华的侵扰。从1926年2月起，刘镇华受吴佩孚支持，又以十万重兵围攻西安，城内国民军李虎臣和杨虎城所部被困已有八个月之久，处境困难，不断致电五原求援。
冯玉祥派出七路大军援陕，孙良诚所部一路先行，1926年9月底进占咸阳，旋即在西安近郊与敌展开激战，敌众我寡，加之阴雨连绵，供给奇缺，作战十分艰苦，几乎不支。正在进退两难之际，后援部队陆续赶到，实力大增，精神大振。 11月26日全面攻击，激战一昼夜，敌军分向潼关、同州、武关一带溃退，27日 ，西安之围被解，国民军乘胜前进。
西安长期被困，绝粮断炊，军民冻饿而死者，达五万人之多，杨虎城在献给死难军民的挽联中写道：“生也千古，死也千古；功满三秦，怨满三秦。”西安保卫战吸引了十万敌军，分散了吴佩孚的兵力，在战略上配合了国民革命军的北伐，有功于国民革命。然而，守城部队在最后两个月里，因断粮而向市民征收，甚至入宅抢粮，颗粒不留，致使民众断炊，饿死众多，有一天，竟有一千六百多人倒毙街头。因此，民众产生悲怨也是自然的。
西安解围，是国民军五原誓师以来的一次重大胜利，全军士气大振，扭转了自南口战败后的被动局面，在陕西站稳了脚跟，除甘肃外，又有了一块巩固的后方基地。冯玉祥把这一胜利比为下棋：“得此一着，全局都有了办法”，他豪情满怀，赋诗写道：“拼命流血求解放，一往向前不回头。重层压迫均推倒，要使平等现五洲!”
1927年1月，冯玉祥抵达西安，着手整顿地方政务和部队，规定国民联军总司令拥有党政军的最高权力，要求各地铲除贪官污吏和土豪劣绅，为人民建设廉洁政府，指出军队是人民的武力，为人民谋利益。2、3月间，又连续发出信函、通令和诰诫，要求各部队加意训练，剔除败坏分子，整饬军纪风纪；要求高级军官注意学习革命理论，明确救国重任，宣传民众，扶助民众团体，多学多问，增进知识；要求军政官员不得向上级送礼、向他人索财，不得随便宴会、借公事向他人买好卖好，不可傲慢和借势凌人。
冯玉祥的政务整顿和军队建设，得到了共产党人的有力帮助，担任行政、军事、政治和宣传职务的共产党员、青年团员，都起了积极作用。共产党人刘伯坚在担任国民军政治部副主任和主任期间，提出了“军队政治化”、“军队与民众相结合”等口号，他的有效的组织工作和政治教育工作，深受广大官兵的欢迎和冯玉祥的称赞，“听过刘伯坚演一次讲，当得了三个月的饷”，这是在官兵中广为流传的一句话，“有热心，有毅力，有才干，有卓著的工作表现，我即无法不钦佩他”，这是冯玉祥的赞语。
正当冯玉祥和他的国民军在革命道路上前进，准备打出潼关，兵伐中原，与国民革命军会师之际，进抵长江流域的国民革命军却发生了裂变。