民国十四年（1925年）夏，在北京政变以后迅速发展起来的国民军，为了进一步扩大地盘，图谋向山西发展，山西被国民第一、第二、第三军包围的水泄不通，兵工厂用的材料也运不进来。面临严重的威胁，阎锡山开始采取联直吴、奉张，反冯的立场，战事连续发生，商震在其中扮演了主要的角色。
民国十五年（1926年）春，阎锡山答应吴佩孚配合扫除北上障碍。他交待商震：「山西究竟是和张吴合作倒冯，还是和冯合作，现在还不能决定。可是孔庚现在顺德，他对山西始终野心不退。我们不如趁这当子，先把顺德拿下。千万不要放走孔庚，要把他俘获解回省来。」奉阎锡山命令，商震率其第一师出兵，以抓孔庚为借口，攻占顺德。接着，又北上保定，收编了国民第四军魏益三部（不久前刚被冯玉祥收编，列入国民军序列），打通了京汉线北段。
同年4月，国民军撤出北京，兵分两路，东路军以鹿钟麟为总司令，驻扎南口、多伦两地；西路军以宋哲元为总司令，陈兵山西北部边境。为了准备直接与国民军作战，阎锡山调兵遣将，布防于大同一带。商震被紧急从石家庄调回，出任前敌总指挥，驻大同指挥作战。5月18日，国民军西路军分别从得胜口、杀虎口等处发动进攻。商震指挥晋军各部拼力抗击，激烈的战斗持续了七八个昼夜，双方形成对峙，战局呈现胶着状态。这时，张作霖急电阎锡山：从南口仰攻居庸关伤亡很重，攻不下来。是否可将你的队伍撤下来，开到雁门关一线，作好防御工事，采取守势。等候鄙处骑兵打到察北，占领多伦，威胁张家口的时候，再行出击。阎锡山遂命商震「暂撤至雁门关之线，集结兵力，先取守势，待机进攻。」依照阎锡山的命令，商震放弃大同城郊及其外围部分地区，扼守大同及雁门关等要隘，利用地形，沿长城构筑阵地，待机出击。
8月上旬，奉军攻占多伦；中旬，在奉直联军的紧逼下，国民军从南口撤出。与此同时，晋军转守为攻，国民军陷入被动，开始从晋北撤军。8月24日，「晋省境内已无敌踪」。商震乘势指挥所部以三路追击，先占丰镇、集宁，继入平地泉，一直打到归绥，从而把阎锡山的势力扩展到绥远地区。在此期间，国民军败军之将韩复榘、石友三、郑泽生等率部在商震的劝诱下投晋。9月3日，阎锡山电报商震为绥远特区都统兼北方国民革命军前敌总指挥。
与商震率部打到归绥几乎同时，冯玉祥从苏联考察回国。9月17日，冯玉祥在五原誓师，就任国民联军总司令，宣布「与国民党结合为一，实行孙中山先生三民主义」。以后，国民军旧部纷纷重回冯玉祥大旗下，绥远形势变得严竣起来。为了不与国民军再起冲突，商震向阎锡山转达冯玉祥「望合作救国实行三民主义」的愿望，并提议「避让弃绥」。阎锡山权衡再三，听取了商震的建议：「我方观测大局，权衡利害，当让奉方单独解决。执事主张避让弃绥，尤为明切。然奉方作法及大局变化颇有观察之余地。我方似不应取决绝主张，致失机宜。须本昨电意旨，先将第一期应撤之队伍，速令开回；俟布置妥当后，该都统候令将军民两政，交属僚代拆代行，回晋一次，以便面商一切可也。」于是，除留一师两旅驻绥外，其余在绥部队陆续撤回山西。在商震的默许下，韩复榘、石友三两个师重返西北军。
民国十六年（1927年），山西响应国民革命军北伐，阎锡山的部队改为第三集团军，全面进攻奉军，曾由商震代第三集团军总司令。7月9日，商震任第一军团军团长，9月兼任第三集团军左路军总指挥。民国十七年（1928年）1月，在偏关附近击溃奉军郑泽生部。4月，蒋、冯、阎、桂联合北伐奉军，商震任国民革命军第三集团军前敌总指挥兼左路军总指挥，率晋军向黑石关出击，先后占领保定和北京、天津，并另派一部由晋北进占察哈尔。北伐成功后，南京国民政府在6月26日任命商震为河北省政府主席。8月28日阎锡山委商震兼任河北省剿匪司令。10月19日商震被南京国民政府特任为军事委员会委员。11月商震因北伐有功，兼任平津警备副司令，因当时阎锡山驻在太原，商震住在北平，因此商震兼代阎锡山的平津警备司令，并握有指挥平津警备部队的全权。到民国十八年（1929年）3月，又当选为国民党第三届候补中央监察委员。
