北伐时期，李宗仁转战湘、鄂、赣、皖等省，立下战功。期间除了兼任过左翼军指挥官、江左军总指挥，还当上了国民党湖北省临时政治会议委员、安徽省政府主席、国民政府委员和国民政府军事委员会委员等职。
随着北伐的节节胜利，李宗仁官运亨通，节节彪升。他正踌躇满志时，1927年4月，蒋介石不愿看到共产党势力日益壮大，掉转枪口，对准了曾经大力支持他北伐的共产党人和革命群众，发动“四一二政变”。作为刚与蒋介石换过贴子的把兄弟李宗仁，此时自然是当仁不让。蒋介石与李宗仁商量好之后，便急急忙忙去了南京，剩下屠杀共产党人和工农群众的事，都由李宗仁来一手操办。于是，李宗仁在蒋介石走后，向共产党人和革命群众举起了屠刀，疯狂地进行“反共清党”。
因为反共有功，5月，李宗仁被蒋介石任命为第三路军总指挥，统辖五个军加上一个独立师。
可是到8月份的时候，北伐战事受阻，北伐连遭军事挫折。7月25日，张作霖手下的混世魔王张宗昌夺回了徐州，孙传芳则乘势向长江三角洲老根据地挺进；而在南京集团内部，李宗仁的桂系与蒋介石的黄埔学生之间矛盾重重，甚至连何应钦对蒋介石也采取敷衍的态度。
有鉴于此，在8月12日的一次军事会议上，蒋介石由于气愤，说出了要辞去总司令之职，把首都防务交给其他将领的话。完了之后，他把审视的目光对着他的将军们。
本来，蒋介石是想听到有人反省、有人劝说、有人安慰这样的一些话来。谁知道，结果他什么也没有听到，就连他刚结拜不久的把兄弟李宗仁，在那样的情况下也懒得说一句话。
蒋介石环视众将军良久，终于忍耐不住，怒发冲冠了。他认为这是不可容忍的侮辱，站起来气冲冲地离开会议室。
蒋介石一离开，李宗仁开口了，与其他将领一道，叽叽喳喳地议论起来。
早在去年，也就是1926年11月，李宗仁率军在江西奋战时，寒冬无情，凛冽冻骨，可他的第七军大部都还只靠单衣御寒。好不容易盼到后方运到军毯，蒋介石却明令兵站总监俞飞鹏：“优先发给第一军伤兵医院。”
俞飞鹏问蒋介石：“医院中各军的伤兵都有，该如何安排？”
蒋介石回答：“不管这些，各军自有他们自己的军长。”
李宗仁听到这事，对蒋介石这位大哥一下子变得十分不满，这时想起，不由愤愤地说：
“校长做事偏私狭隘又猜忌嫉妒，他不来做北伐的头，我们自己也可以做。”
白崇禧、何应钦听了，都一致赞同，他们又议论了一会，就一起去见蒋介石说：“校长如果真想辞去总司令一职，可由我们三人共同主持大局。”
蒋介石听了，虽恨得心里滴血，却强打起笑脸点了点头。第二天，蒋介石离开南京前往上海；第三天，8月13日，蒋介石发表引退声明。
接着，由李宗仁牵头成立了“中央特别委员会”。
第一次执掌中枢大权，李宗仁心里非常得意。他全力以赴，亲自指挥龙潭战役，消灭北洋军阀之一的孙传芳主力部队；10月，李宗仁任西征军总指挥兼第三路军总指挥，再次亲自率部西征武汉，击败唐生智。
而蒋介石呢，虽然下野，局势却在向着有利于他的方向发展。
蒋介石8月12日跑到上海，抓紧完成了从1922年就开始，对宋美龄的爱情攻势。到上海近4个月，12月1日，蒋介石和宋美龄该做的事都做得很圆满了，这一对经历了长达5年恋爱的男女，终于在上海西摩路（今陕西北路）369号的宋家和静安寺路（今南京西路）的大华饭店，举行结婚仪式。
此一结合，后来被一语双关的称为“（蒋）中（正）（宋）美（龄）合作”。这既是一句俏皮话，却又是事实。宋美龄凭借家族的财力支援与美国留学的背景，从此活跃在蒋介石的政治、外交等领域，对蒋介石的事业产生了深远的影响。蒋介石因为与宋美龄结婚，使自己的政治、经济和影响力等方面都得到进一步加强，并且得到美国的支持，竞争实力大大增强。
在1927年年底，蒋介石在国民党内的最大对立面和竞争对手汪精卫不得不再次出国；曾经通电逼迫蒋介石下野的冯玉祥，此时也只得改变态度，主动联合阎锡山，再次通电吁请蒋介石出山。
而李宗仁，执掌中枢大权还刚刚3个月，便已经明显感到自己根本没有力量和智慧来驾驭当前纷繁复杂的政治局势。真正是看戏的好闲说他人，演戏的才感受到其中的难处。李宗仁演不了全国性的领袖人物，他支撑不下去了，也只得打出拥护蒋介石的旗号，通电请求蒋介石复位。
1月4日，刚在莫干山度过蜜月的蒋介石和宋美龄回到南京；5日，蒋介石宣布复职，担任国民党中央政治会议主席、军事委员会主席兼国民革命军总司令。2月28日，蒋介石新成立的中央军事委员会。
为了提高身份，巩固自己在国民党内的统治地位，蒋介石举起了“继续北伐”的旗帜。所谓“继续北伐”，指的是是继1926年的北伐，蒋介石这么一说，自己便成了孙中山未竟事业的首领，更方便“理直气壮”地号令天下。
而此时的冯玉祥、阎锡山、李宗仁等各实力派，为扩充自己的实力，也都乐意“北伐”。特别是李宗仁，他自己总结了在中枢的位置上为何支持不下去的原因。
“原本还以为自己实力足够强大了，当你做了领袖才知道，自己的这点实力真是太小了。”有了这样的认识，李宗仁决定借北伐之机，大肆扩充自己的实力。
1928年2月，国民党二届四中全会通过进行“北伐”的决议。蒋介石即以“北伐”之名，对军队重新进行改编，把北伐各军编为四个集团军，自任全军总司令、兼第一集团军总司令，以冯玉祥、阎锡山、李宗仁分别担任第二、三、四集团军总司令。
1928年4月7日，蒋介石下达总攻命令，各路人马共40多个军，约70余万人，同时发动战事：蒋介石亲率第一集团军沿津浦线北进；冯玉祥的第二集团军由津浦、京汉两线间的鲁西和直南向北推进；阎锡山的第三集团军由京绥、正太两线向东攻占石家庄，再转京汉线北进；李宗仁的第四集团军沿京汉线北上，然后四路会攻京津。
当时，张作霖的“安国军”，参战兵力只有不到40万人，明显处于劣势。
开战之后，李宗仁率部一路攻城略地，年底兵临山海关，致使天津《大公报》惊呼：“广西军队打到北京，真是中国历史上破天荒的事情。”张作霖在丢弃了绥远、大同、张家口、保定、沧州等地之后，自知大势已去，便于6月3日退出北京。6月4日，张作霖在退往沈阳的途中，经皇姑屯车站时被日本人炸死。6月8日，阎锡山部进入北京，12日接收天津。
6月15日，南京政府宣布“统一告成”，蒋、冯、阎、桂联合的“二次北伐”，到此胜利结束。
这实际上是一次国民党新军阀与北洋旧军阀之间的战争，目的在于争夺北中国的统治权，结果虽然结束了北洋军阀在中国的统治，但又很快引发国民党新军阀间的矛盾和斗争。
在二次北伐战争中，国民革命军的4个集团军都得到不同程度的扩充。李宗仁的桂系势力，兵力一直都在迅速膨胀，参加北伐后，更有一日千里之势。桂系在不到3年的时间里，兵力增加十几倍，到北伐时已发展到21个团。李宗仁亲率其中8个团参加北伐，待张作霖退出北京，北伐宣告胜利时，李宗仁的这8个团已经扩展到12个军、62个师。
到1928年底，全国军队总数已达250万人。国民党各派系新军阀的迅猛发展，蒋介石感到如芒在背，严重威胁了他的军事独裁。再加上庞大的军队需要庞大的军费开销，使蒋介石下定了裁减军队的决心。1928年12月初，蒋介石以北伐已经结束，需要裁减军队，减轻财政负担为由，在南京召开编遣会议预备会议，邀请各集团军总司令出席，冯玉祥、李宗仁先后到了南京，阎锡山托病没有到京。
在正式开会之前，蒋介石提出全国共编50个师的指标（东北除外），遭到冯玉祥和李宗仁的反对，当李宗仁、冯玉祥提出自己的编遣准则和方案后，也遭到蒋介石和何应钦等人的反对。双方意见分歧很大，没开会就弄成僵局。
蒋介石见情况如此，急电催阎锡山迅来。到12月10日，阎锡山抵达南京，蒋介石立刻召开并当面劝说。阎锡山最后接受了蒋介石的主张并提出一个有利于蒋介石的编遣方案。在正式会议上，得到了多数人的通过。
李宗仁和冯玉祥不甘心，俩人以游中山陵园为名，进行密谈。
“蒋介石排除异己、实行独裁的野心日益暴露，对于二、四两集团军更不怀好意，我们一定要反对他。”李宗仁首先表示。
冯玉祥点点头，说：“对蒋介石的削弱和消灭异己军队，把持中央政权，干涉地方行政，我是坚决反对的。”
经过几次密谈，冯玉祥与李宗仁商定了对付蒋介石的办法：
“我们俩坚决不执行编遣会议的决议，蒋若使用武力来压迫，则抵抗到底，互相支援，决不屈服。”
议妥当后，李宗仁匆匆离开南京，返回武汉。他知道，自己不执行编遣会议的决议必然会遭到蒋介石的打击，于是赶紧开始有关方面的军事部署，并急电驻在唐山的白崇禧把驻在北平的李品仙军和驻在唐山附近的叶琪军迅速开回武汉。
蒋介石知道李宗仁拒不执行编遣会议的决议后，积极地准备讨伐事宜，他一方面派人游说湖南省主席何键及桂系有关将领，一面在皖鄂边境集结海陆军大量兵力。
1929年3月27日，蒋介石一切准备就绪时，下令讨伐李宗仁部，向武汉进攻，蒋桂战争爆发。4月1日，何键通电全国，公开拥护蒋介石，脱离桂系。2日，桂系李明瑞、李腾辉俩将军于前线倒戈，掉转枪口帮助蒋介石打李宗仁。桂军抵挡不住，于3日晚放弃武汉，败逃鄂西。
5日，蒋介石命张发奎、朱绍良、夏斗寅率部对桂军穷追不舍，同时又派人招抚桂军主力将领胡宗铎、陶钧、夏威等。21日，胡宗铎、陶钧、夏威见李宗仁大势已去，接受蒋介石的招抚，自己通电下野，部队听候蒋介石改编。至此，桂系在冀东的4个军反水，桂系大败，桂系主力全部瓦解。
主力虽然瓦解，李宗仁仍不甘心，5月5日，在梧州通电组织“护党救国军”，声讨蒋介石。5月15日，反戈的何键湘军攻克桂林后，协同粤军夹击梧州。6月2日，粤、湘两军联合攻陷梧州。12日，蒋介石命李明瑞、杨腾辉两师南下援粤围攻桂军。
1929年6月，李宗仁通电下野，逃往香港。蒋桂战争，宣告结束。蒋介石以“叛乱党国”的罪名，开除了李宗仁党籍，免除他所担任的各种职务。