直奉一战后，张作霖狠抓讲武堂训练的情况。
这时适逢讲武堂的第四期。第四期是1922年10月召集的。
因为直奉之战，奉军战败。为此，张作霖听从有益的意见，
对讲武堂加强了管理，进行了改革。在组织体制、主要领导和学员招生等方面，
均作了较大改变。堂长仍由张作霖自兼。在堂长下增设一名监督，由张学良兼任。
并由中、日两个陆军大学毕业的福建人萧其煊以教育长的名义代张学良负责。
将原来的9个区队改为3个中队，下辖10个分队。取消总队长一职，
增设步、骑、炮、工、辎各科，由资深的中队长兼任术科教官。学习时间明确规定一年。
鉴于前三期学员全部是从部队抽调的在职团以下行伍出身的军官，文化程度较低，学习困难。
在第四期学员的招生上进行了较大的改革，张学良接受郭松龄的建议，
在社会上招考了一部分中学生。同时，还从东三省陆军军士教导队第一期学员中，
考选具有中学文化程度的学兵一百一十余名，连同从部队调训的在职行伍出身的军官335名。
这样，学员的素质有了较大提高。规定凡由社会上招收的中学生和由教导队考选的学生，
毕业后须先到部队当3个月见习教官，然后才能任少尉军官。
关于在军士教导队招生的情况，当年亲自参加报考的教导队军士张国威有一段形象真实的回忆：
“总值官杨焕彩宣布说，本队附魏益三命令，接旅部（指二、六旅司令部）电话说郭旅长的指示，
现在东三省陆军讲武堂第四期要开学了，由教导队学兵中有初中毕业或有同等学历者，
可报名应考第四期讲武堂为学员。有考试的学兵，可即日由各连报名。
学兵们听到这个命令，真是从心眼里高兴。大家都说，讲武堂是培养陆军军官的学府，
我们能考上，毕业后不就是陆军军官了吗！当时各连报考的学兵计有数百人。
经郭旅长自己出题，自己批阅试卷，录取者只有五十多名。郭旅长又亲自点名后，
进入讲武堂第四期受训。”张国威就是经过这个考试而进入讲武堂的，毕业后当上了陆军军官。
这个规定对军官军事素质的提高，起到了很好的作用。第四期干部的质量也比前三期好。
各中队长和部分教官是聘请在保定陆军学校任教多年的军官，如杨正治、戴联玺、何柱国、毛福成等，
他们都是日本陆军士官学校毕业的，有丰富的教学经验。因此，第四期毕业生的质量要好于往届。
由于狠抓了军官的培养和训练，使部队的军事素质有了较大的提高。在第五期举办的中间，
爆发了第二次直奉战争。这一次战争，奉军官兵的战斗力大大增强。
这就从一个重要方面印证了东北讲武堂的举办是成功的。
第四，树立奉军典范。为了提高奉军整体素质，张作霖很重视在奉军中树立典范。
这个典范，就是由张学良和郭松龄带领的部队。郭松龄曾任东北讲武堂教官，
深受当时在讲武堂当学生的张学良的爱戴和尊重。1920年，张学良毕业后，即调郭松龄担任卫队旅参谋长兼团长。
第二年奉军扩编，张学良任奉军第三旅旅长，郭松龄任第八旅旅长。
三、八旅的日常管理和训练，张学良放手由郭松龄统一负责，实际上郭松龄就统辖了两个旅。
三、八旅在郭松龄的苦心训练下，成了两支劲旅。
在直奉第一次战争中，由于三、八旅的顽强作战，阻止了直军的追击。
他们的顽强作风和抗击能力，给全军树立了榜样。但在杨柳青和山海关两个战役中，三、八旅损失很重。
战后，东三省陆军统一军制，张作霖出于对长子张学良的信任和厚望，把三、八旅整编为二、六旅，
仍由张学良和郭松龄分任旅长。挑选精兵强将，调配新式枪械，充实两旅，使这两个旅成为奉军的模范旅。
两旅的训练和管理，张学良仍然完全交给郭松龄负责。
张学良对郭松龄言听计从，尊崇备至。这两旅后来在直奉第二次战争中，确实表现突出，
战功卓著。而他们本身的榜样作用也是非常突出的。
张作霖解散了热河的第28师，以旅为单位统一整编辽吉黑三省军队。
新整编的步兵为27个旅、骑兵5个旅，约25万人，并扩编了2个炮兵旅和1个重炮团，
即：
东三省陆军第27师师长：张作相（奉天）
东三省陆军第29师师长：吴俊升（黑龙江）
东三省陆军第1师师长：李景林（奉天）
东三省陆军第1旅旅长：阚朝玺（奉天）
东三省陆军第2旅旅长：张学良（奉天）
东三省陆军第3旅旅长：张宗昌（奉天）
东三省陆军第4旅旅长：张作涛（奉天）后任：裴春生
东三省陆军第5旅旅长：李振声（奉天）
东三省陆军第6旅旅长：郭松龄（奉天）
东三省陆军第7旅旅长：汤玉麟（奉天）
东三省陆军第8旅旅长：陈玉昆（吉林）
东三省陆军第9旅旅长：刘香九（吉林）
东三省陆军第10旅旅长：于琛徵（吉林）
东三省陆军第11旅旅长：巴英额（黑龙江）
东三省陆军第12旅旅长：赵恩臻（奉天）
东三省陆军第13旅旅长：丁超（吉林）
东三省陆军第14旅旅长：杨德生（奉天）
东三省陆军第15旅旅长：万福麟（黑龙江）
东三省陆军第16旅旅长：齐恩铭（奉天）
东三省陆军第17旅旅长：张明九（黑龙江）
东三省陆军第18旅旅长：张焕相（吉林）
东三省陆军第19旅旅长：高维岳（奉天）
东三省陆军第20旅旅长：胡永奎（吉林）
东三省陆军第21旅旅长：蔡永镇（吉林）
东三省陆军第22旅旅长：石得山（黑龙江）后任：石青山
东三省陆军第23旅旅长：李爽恺（奉天）
东三省陆军第24旅旅长：邢士廉（奉天）
东三省陆军第25旅旅长：蔡平本（奉天）
东三省陆军第26旅旅长：李桂林（吉林）
东三省陆军第27旅旅长：裴春生（奉天）
东三省陆军骑兵第1旅旅长：穆春（奉天）
东三省陆军骑兵第2旅旅长：彭金山（黑龙江）
东三省陆军骑兵第3旅旅长：苏锡麟（奉天）
东三省陆军骑兵第4旅旅长：张奎武（黑龙江）
东三省陆军骑兵第5旅旅长：陈辅升（黑龙江）
张作霖的整军经武除上面谈及的几点外，还有建立和扩大兵工厂，以及建立空军和海军等。
为了适应大规模战争的需要，张作霖处心积虑地扩建兵工厂。
1919年春，张作霖偕参谋长乔焕章、实业厅长谈保隍亲自实地踏勘。
决定奉天东塔以东八百余亩归航空处及飞机场占有；东塔以东约一千八百余亩为兵工厂基址。
在该处建立了东三省兵工厂。
兵工厂的建设，大体分为两个时期：1919年8月至1924年，为初建期；
1924年后为扩建期。1919年秋，派原奉天省军械厂厂长陶治平负责建厂筹备工作。
陶治平于1921年首先建成了无烟药厂、枪弹厂和枪厂等三个工厂。因此，陶治平被委为兵工厂总办。
1923年陶治平去职，由韩麟春继任。1924年韩麟春转任他职，遗缺由督军署总参议杨宇霆兼任，改称督办。
从此，兵工厂进入了大规模发展时期。1929年杨宇霆被杀，由臧式毅接任。不久，臧式毅调任辽宁省主席。
1931年九一八事变，兵工厂被日军占领。
1923年增设了炮弹厂。1924年后，杨宇霆又大力扩建了炮厂、火具厂、铸造厂、制酸厂、木工所，
达到了建厂的最高峰。计有8厂、4处，以及统计委员会、兵工学校、兵工医院等17个单位。
到九一八事变前，全厂职员由一百余人，增加到一千余人；工人由300人，增加到2万人，最多时达到2.5万人。
对兵工厂的扩建，张作霖给予大力支持。杨宇霆由于兼任督军署总参议，有很大的决策权。
兵工厂想怎么办，就怎么办。花钱多少，在所不计。
建厂初期，人才匮乏。张作霖命令大胆聘请外籍技术专家。
聘请的外国专家有日本人、德国人、奥地利人、俄国人和瑞典人等，他们都得到了重用，担任顾问、技师或技士等职。
他们主要负责安装各种机器、设计制造机器配件和工具模板，以及对技术人员的培训指导等，
起了很大作用。张作霖对所用的人十分信任，有一次，他直接约见药厂负责人叶禾和枪弹厂负责人吴伯琴。
他们二人不知何事，结果是当面鼓励他们好好干，并当场开给他们二人各5万元的支票。张作霖用人就是这样，
不惜花钱。
此外，为了培养自己的兵工人才，设立了兵工学校。
学员分为初中、高中、专门三部，采三三制。初中毕业后，派到厂里任三等技手，服务3年。
高中毕业，派厂为练习生，可升一等技手。专门部毕业等于大学毕业，任一等技手或技士。
这个制度，有利于调动学员的积极性。以后，虽然外籍专家有所减少，
但由于中国技术人才的成长，兵工厂未受任何影响，反而有所进步。
1931年九一八事变前，兵工厂发展很快，全厂装备大小机器约计在万台以上，
可谓应有尽有，品种齐全1。此时该厂已经成为全国规模最大的综合性的兵工厂之一。