1924年秋天，冯玉祥把学兵团和卫队团合编为卫队旅，孙连仲任旅长，张自忠任第一团团长，冯治安任第二团团长。
就在这时，发生了历史上有名的“北京政变”。
早在1920年冯玉祥驻湖南谌家矶时，孙中山就派徐谦、钮惕生带着他的亲笔信来见冯玉祥。徐、钮二人与冯玉祥是旧识，大家也都信奉基督教，二人劝冯玉祥和孙中山一致从事革命工作。冯玉祥也认为北方大都受清廷遗毒，误国害民，全国民众和有志气的将领都仰望孙中山。后来冯又派秘书任佑民到广州拜访孙中山，表示只要孙中山用得着他，他无不尽力以赴。
冯玉祥与孙中山的交往，是引起吴佩孚对他仇视的原因。
曹锟以贿选手段，使自己登上了梦寐以求的大总统“宝座”。
由于吴佩孚对冯玉祥的仇视和排挤，冯玉祥对曹、吴十分不满。加上曹锟贿选丑剧，激起全国反对，冯玉祥自然也十分反感。况且冯玉祥对孙中山十分钦佩，本有相机反曹、吴之心。第二次直奉大战的爆发，终于给他带来了反曹、吴的机会。
9月23日，冯玉祥下令部队回师北京。鹿钟麟、蒋遇鸿与孙岳里应外合，打开城门。鹿钟麟率部率先入城，与孙岳的第十五混成旅在城中的部队会合。士兵们一律佩戴蓝布白字的臂章，上写“誓死救国，不扰民，真爱民”。政变军队分兵把守各重要路口，并戒严断绝交通，迅速占领各部、署衙门。
曹锟在事先一点不知情的情况下被抓住幽禁了起来。
这次“北京政变”真可谓迅雷不及掩耳，一举获得成功。
1924年10月24日，冯玉祥在北苑召开会议，商讨如何应付北方时局。出席会议的有孙岳、胡景翼、黄郛、王正廷等人。
这次会上，冯玉祥被推为国民军总司令兼第一军军长，胡景翼、孙岳分别任副总司令兼第二、第三军军长。
鉴于孙中山是否北上尚无确切消息、吴佩孚率军攻击杨村等情况，孙岳提出请段祺瑞出山，以联络皖系的山东督军郑士琦，以阻止直系援军北上。
会上还决定成立摄政内阁。为着表示迎欢孙中山北上的诚意，阁员多为南方的老革命党员，如国务总理黄郛，外交兼财政总长王正廷，国民军总长李书城，参谋总长李烈钧等。
会议决定让曹锟下令停战，免去吴佩孚本兼各职，并宣布自动退位。
鹿钟麟入城有功，升任师长，并任北京警备司令，驻扎在东单帅府园。
冯玉祥派鹿钟麟和警察局长张璧率警察和卫士进神武门到故宫与溥仪谈判，迫溥仪及其妃嫔迁出故宫，退居摄政王府。
张自忠奉命率领卫队旅第一团，从古北口直趋长辛店，其任务是截击吴佩孚的交通兵团。能否阻住这支军队进入北京，是关系到这次“北京革命”成败的很重要的一环。
张自忠接受任务后，召集全团连以上军官开了一个简短的会。张自忠简要地向大家说明了这次军事行动的任务和目的。最后他说：“师长把这么重要的任务交给我们，是对我们全团的信任。这次阻击吴佩孚交通兵团的任务完成与否，关系到北京能否抓住曹锟，逼迫吴佩孚下台，以迎孙中山先生北上主持国事取得成功的关键。我们拼死也要完成这个任务。时间很紧急，大家回去立即召集队伍集合出发，我们一定要在北京发动前赶到长辛店，作好战斗部署，严阵以待敌人。”
他们强行军于9月22日赶到长辛店。张自忠命全团立即投入战斗准备，在铁路上设置路障，挖掘战壕掩体，命令一营、二营在铁路两旁埋伏，三营在车站正面阻击敌人，还在铁路两旁敷设地雷。所有的轻重武器，都对准了即将到来的满载敌人的火车。
他们严阵以待敌人，而从北京城不断传来的好消息也极大地鼓舞着全团官兵的斗志。
吴佩孚的交通兵团，应是直系军队距北京最近的一支精锐部队。在曹锟北京被囚禁后，吴佩孚当即电令直系各部队进援北京，他自己率领身边的部队向杨村发起了攻击，想把那里作为反击北京政变的指挥中心，向北京冯玉祥等部发起反攻。
交通兵团得到电令后，立即乘一列火车，直扑长辛店，要打开北京的通道，与吴佩孚会合，消灭“叛乱”的冯、孙、胡等部。
火车鸣着汽笛，车轮滚滚，像一条钢铁巨蟒，风驰电掣地向长辛店冲来，势若奔雷，不可遏挡。
埋伏在铁路两旁和车站的各营，都接到了信号，一齐进入了战斗的准备。听着那远远而来的车轮声，车轮在铁轨上飞驰地振动着，时间仿佛凝固了，埋伏在这里的张自忠学兵团官兵们的心跳仿佛停止了。
火车头拖着长长的“尾巴”，像一只巨兽，咆哮着迎面扑来。近了，近了，猛然间，火车发出一声凄厉的长鸣，也许是那兵车司机发现有段钢轨被拆除了，代之的是一道高高的路障。他又惊又惧，紧急地刹车并拉响了示警的汽笛，但晚了，制动阀闸死了车轮，但巨大的惯力却推着火车向前冲着，车轮与钢轨激烈的摩擦，迸发出一溜长长的火花，发出尖厉而刺耳的“吱吱”之声。轰隆一声，火车头冲出了被拆去钢轨的轨道，整个地落在了那碎石铺就的道上，终于停了下来，后面冲上来的车厢，被前面已停住不动的火车头一挡，一下子一节撞一节，都出轨了，有的被前面一挡，后面一顶，便脱钩立了起来，在一连串乒乒乓乓声中，突然爆发了几声震耳欲聋的巨响，顿时火光腾起，火车车厢引爆了埋在铁轨下的地雷，好几节车厢被炸得稀烂。碎石烂木断肢残臂漫空飞舞，喊爹叫娘的惊叫之声一片，车厢里炸死炸伤的人不少。
吴佩孚交通兵团的官兵，没有料到会在这里遭受到这样的袭击，一下乱了阵脚，纷纷打开车门，蜂拥着向车外跳。正在这些官兵们呼天抢地、喊爹叫娘之际，“叭！叭！叭！”三颗红色信号弹升在空中，划出三道红色弧虹，这时铁路两侧、车站内外，顿时枪声大作，轻重机枪、步枪，一齐响了起来，如同炒豆一般，子弹呼啸着，漫空飞舞，发出撕破空气的啸声。
刚刚从车上跳下来的交通兵团的官兵，立刻被打倒了不少，其余未中弹的人都被这突兀的伏击吓懵了，一个个像无头苍蝇似地在这狭长的铁路路基上乱窜，有的趴在那儿一动也不敢动了。只有少数士兵利用倒翻的车厢作掩护进行还击。
忽地响起一阵冲锋号声，伴随着一片震天动地的喊杀声，张自忠的卫队旅第一团官兵一个个端着刺刀枪、挥舞着大刀，如出山的猛虎从掩体冲了出来，向敌人冲了过去。
吴佩孚的交通兵团已被这突然的伏击给打懵了，现在已是全无斗志，看见四面八方的敌人向他们扑来，一个个吓得魂飞魄散，几乎没有什抵抗就弃枪举手投降了。
张自忠团这一仗可以说赢得干脆利落，几乎没有什么伤亡就把前来救援吴佩孚的交通兵团消灭了，缴获了大量的枪支弹药，保证了北京政变的胜利。
由于交通兵团被歼，北边的部队又败于张作霖，东线北上的直系援军也为山东郑士琦等所阻，吴佩孚已是孤军无援。冯玉祥派孙岳、张之江等分扑保定、杨村各线解决吴佩孚的残部。吴佩孚见大势已去，只得下野，逃往南京。张之江入驻天津。
后来皖系和奉系军阀又互相勾结，张作霖背弃奉军不入关的诺言，和皖系勾结乘虚而入，赶走王永斌，占领了天津。
段祺瑞和张作霖联袂到北京，段祺瑞作了执政，黄郛被迫辞去内阁总理职务。安福系官僚跟着进京争名夺位，大局直转急下，闹得乌烟瘴气。冯玉祥又被皖、奉军阀排挤。孙中山先生到了北京，冯玉祥已无力控制局势，请孙中山主持国事的打算也成空。孙中山目睹国事日非，又患不治之症，不久在北京病逝。一场轰轰烈烈的“北京革命”，却以失败告终。