1922年4月底，占据东北三省的张作霖和控制关内六省的吴佩孚之间，展开了第一次直奉战争，最终，张作霖战败，退回关外。同年5月12日，在日本关东军的支持下，张作霖宣布东北三省独立；19日，张作霖出任东三省保安总司令。
从1922年5月至1924年9月，张作霖不得不将其势力暂时收缩到关外，标榜“保境安民”，逐步加强对东北三省的各方面整合。
张作霖首先对东北的文武官员进行人事大改革。1922年8 月上旬，奉天省（辽宁省旧称）颁布了《奉天省甄用文官章程》，制定了发掘人才、罢免无能官吏的改革方针， 并针对文官录用，制定了高等文官和普通文官两种考试。最终高等文官采用43名，普通文官采用28名，这些官员担任东北各县县长或到东三省各政府部门就职。
张作霖通过文官体系，摆脱了以往依靠东北地方实力派的统治模式，同时，奉系军阀在东北的统治基础得到了加强。
张作霖在第一次直奉战争之前就对东北的教育比较重视，1922年12月31日，奉天省公布了新的学制大纲，采用全国统一的学制(小学中学均为六年制)，1923年1月开始施行。同时，还积极创办了一大批省、市高中和职业学校。这些针对东北地区的初中等教育的改革， 在客观上促进了东北社会的教育水平。
高等教育改革方面的成果则是张作霖于1922年10月创办的东北大学，客观地说，这所大学为社会培养了不少人才。创办东北大学的同时，还加强教育和实业的结合，积极向欧美派遣理、工科学生，并引进西方技术。在这一阶段，张作霖创办了东北第一批重要的重工业企业，用以吸纳接受过高等教育的学生，比如：东北大学工厂、皇姑屯铁路工厂、大亨铁工厂、东三省兵工厂、迫击炮厂等。
大量的新式文官和受张氏控制的教育系统培养的学生，使得张作霖的地位发生了微妙的变化。他不再是东北最大的军阀，而是构筑起了凌驾于整个东北军政、民政之上的独裁体制， 东北其他弱于张氏的大小军阀也失去了在东北割据的基础。
除了教育之外，张作霖也对军队进行了整合。这是其统治东北的先决条件。第一次直奉战争中，张作霖之所以战败，其根本原因就是张作霖手下的军队大部分都是出自马贼，素质低下，战斗力很弱。战争失利后，张作霖即电令奉天代理省长王永江招募军队。1922年7月24日，成立了东三省陆军整理处，负责整编和训练奉军，奉军迅速地实现了近代化。另外，张作霖还拨款扩建了陆军东北讲武堂， 由毕业于日本陆军士官学校的肖其煊和毕业于中国陆军大学(北京)的郭松龄分别担任教育长和教官，负责军事教育和训练。张作霖为迅速提高奉军军事素质，还大量采用关内出身的陆军学生。
1922年10月起，张作霖加快招兵买马速度，并执行“彻底改革三省军队之计划”，到1922年底，张作霖以旅为单位统一整编了东北三省军队。利用这次整编的机会， 奉天派的军官基本上掌控了东北的大部分军权。
在充实军备方面， 张作霖不遗余力。一方面从日本进口大量的武器装备，同时投入2000万元巨资扩充了东三省兵工厂。东三省兵工厂大量采购机器，还聘请了许多外国人进行生产技术指导，到第二次直奉战争爆发前夕，张作霖已经完全实现了迫击炮生产的自给自足。
除了对陆军进行积极的军事准备之外， 张作霖还派遣将官赴法国学习飞行和作战技术，同时“新聘外国技师(法)，每日积极操练”，奉系军阀拥有了近代中国最强实力的空军。
张作霖对东北实行的地方行政改革和整军经武，以及充实奉军军备， 花费了大量的财力和物力。为此，张作霖也进行了财政方面的政策调整。首先是截留盐税和京榆铁路收入。1922年张作霖宣布自治后， 截留了原本应上交国库的盐税和京榆铁路的收入，转而交由奉天省。以1923年的奉天省财政收入为例，盐税约为900万元，京榆铁路收入300万元，大约占奉天省全部收入的三分之一，这两项收入极大地充实了奉天省的财政实力。
张作霖在加强对东北农工商业征税的同时，也积极振兴东北的实业，鼓励国货的发明和创造，振兴出口。这也为奉系军阀带来不少收入。
面对当时东三省金融混乱的情况，1924年7月，张作霖决定由东北地区实力最为雄厚的东三省官银号合并实力稍逊的奉天兴业银行、东三省银行。合并后的东三省官银号， 成为东北地区具有中央银行职能的发行银行，东北的大豆结算均由东三省官银号统一进行， 它也成为张作霖稳定东北金融市场的最重要机构。
经过各方面的整合，张作霖逐步积累起了强大的实力。1924年9月，第二次直奉战争爆发，张作霖打败了直系，并控制了北京中央政权。同时，随着实力的增强和一战后民族独立思潮的兴起， 张作霖和日本帝国主义之间的“合作”出现了明显的裂痕，这也成为日后张作霖死于日本人之手的重要原因。
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