为众人所知的东北军，前身为奉军是奉系军阀张作霖所统率的军队。辛亥革命之后由东北地区的保安部队和新军组成。后联合直系击败皖系，将势力扩张到山海关以内。却在1922年与直系冲突，爆发了第一次直奉战争，奉军被迫退回东北。随后在1924年发起第二次直奉战争，直系惨败，北方大部分地区又重新回到奉军控制之中，此时奉军势力已直逼上海。
1925年秋吴佩孚发动反奉战争，冯玉祥也策动奉军郭松龄反叛，终以失败告终。次年春，张作霖入主北京。1927年张作霖自命中华民国陆海军大元帅，摄行大总统职责，成为北洋政府的末代统治者。1928年，奉军被蒋介石、李宗仁、冯玉祥、阎锡山的联军打败，退回东北。
1928年6月4日，因一直未回应日本方面政治和经济的诉求，张作霖乘火车，被日本关东军行刺，炸成重伤，当日送回奉天官邸后死去，是为皇姑屯事件。其子张学良继任奉军统帅，于1928年12月29日通电全国，宣称接受南京国民政府管辖，史称东北易帜。
1929年，奉军被蒋介石改编为国民革命军东北边防军，简称东北军，约30万人，由张学良统辖。成为国民政府军队的一部分，驻防东北边疆。九一八后，执行不抵抗政策，撤入关内，赴陕西剿共。
西安事变后，张学良被蒋扣留，留在西北的东北军20多万人陷于群龙无首境地，何去何从，内部分歧严重，最终酿成二二血案。后因驻西安的中共代表团团长周恩来多方奔走，才制止了东北军的相互残杀。
1937年3月东北军高级将领接受了蒋要东北军调驻安徽的方案，东北军遂东调，分住豫南、皖北、苏北地区，各部均直接归南京军政部管辖，仍然是群龙无首。4月—6月，南京政府对东北军进行整训、缩编，化大为小，化强为弱，由甲种军变为每军二师、每师二旅的二二乙种军编制，并由中央派政训主任进行监视。
卢沟桥事变后，东北军被分割，使用于各战场，不相统属，东北军全被肢解。八年抗战，东北军有10万将士牺牲疆场。
值得一提的是，东北军有一部分在抗战中脱离了旧阵营，参加了八路军，如53军691团在吕正操带领下改编为人民自卫军，后来正式编为八路军系列；苏鲁战区的部分东北军，在常恩多、万毅率领下举行起义，参加了八路军。这两支队伍在1945年8月挺进东北，实现了打回老家的愿望。后来，他们在三大战役和抗美援朝中，为中国人民的解放事业做出了贡献。而相反的，以万福麟、沈鸿烈为首的部分东北军则追随蒋，于1949年在全国大陆解放前夕，逃亡台湾。