民國十四年（1925年）夏，在北京政變以後迅速發展起來的國民軍，為了進一步擴大地盤，圖謀向山西發展，山西被國民第一、第二、第三軍包圍的水泄不通，兵工廠用的材料也運不進來。面臨嚴重的威脅，閻錫山開始采取聯直吳、奉張，反馮的立場，戰事連續發生，商震在其中扮演了主要的角色。
民國十五年（1926年）春，閻錫山答應吳佩孚配合掃除北上障礙。他交待商震：「山西究竟是和張吳合作倒馮，還是和馮合作，現在還不能決定。可是孔庚現在順德，他對山西始終野心不退。我們不如趁這當子，先把順德拿下。千萬不要放走孔庚，要把他俘獲解回省來。」奉閻錫山命令，商震率其第一師出兵，以抓孔庚為借口，攻占順德。接著，又北上保定，收編了國民第四軍魏益三部（不久前剛被馮玉祥收編，列入國民軍序列），打通了京漢線北段。
同年4月，國民軍撤出北京，兵分兩路，東路軍以鹿鐘麟為總司令，駐紮南口、多倫兩地；西路軍以宋哲元為總司令，陳兵山西北部邊境。為了準備直接與國民軍作戰，閻錫山調兵遣將，布防於大同一帶。商震被緊急從石家莊調回，出任前敵總指揮，駐大同指揮作戰。5月18日，國民軍西路軍分別從得勝口、殺虎口等處發動進攻。商震指揮晉軍各部拼力抗擊，激烈的戰鬥持續了七八個晝夜，雙方形成對峙，戰局呈現膠著狀態。這時，張作霖急電閻錫山：從南口仰攻居庸關傷亡很重，攻不下來。是否可將你的隊伍撤下來，開到雁門關一線，作好防禦工事，采取守勢。等候鄙處騎兵打到察北，占領多倫，威脅張家口的時候，再行出擊。閻錫山遂命商震「暫撤至雁門關之線，集結兵力，先取守勢，待機進攻。」依照閻錫山的命令，商震放棄大同城郊及其外圍部份地區，扼守大同及雁門關等要隘，利用地形，沿長城構築陣地，待機出擊。
8月上旬，奉軍攻占多倫；中旬，在奉直聯軍的緊逼下，國民軍從南口撤出。與此同時，晉軍轉守為攻，國民軍陷入被動，開始從晉北撤軍。8月24日，「晉省境內已無敵蹤」。商震乘勢指揮所部以三路追擊，先占豐鎮、集寧，繼入平地泉，一直打到歸綏，從而把閻錫山的勢力擴充套件到綏遠地區。在此期間，國民軍敗軍之將韓復榘、石友三、鄭澤生等率部在商震的勸誘下投晉。9月3日，閻錫山電報商震為綏遠特區都統兼北方國民革命軍前敵總指揮。
與商震率部打到歸綏幾乎同時，馮玉祥從蘇聯考察回國。9月17日，馮玉祥在五原誓師，就任國民聯軍總司令，宣布「與國民黨結合為一，實行孫中山先生三民主義」。以後，國民軍舊部紛紛重回馮玉祥大旗下，綏遠形勢變得嚴竣起來。為了不與國民軍再起沖突，商震向閻錫山轉達馮玉祥「望合作救國實行三民主義」的願望，並提議「避讓棄綏」。閻錫山權衡再三，聽取了商震的建議：「我方觀測大局，權衡利害，當讓奉方單獨解決。執事主張避讓棄綏，尤為明切。然奉方作法及大局變化頗有觀察之余地。我方似不應取決絕主張，致失機宜。須本昨電意旨，先將第一期應撤之隊伍，速令開回；俟布置妥當後，該都統候令將軍民兩政，交屬僚代拆代行，回晉一次，以便面商一切可也。」於是，除留一師兩旅駐綏外，其余在綏部隊陸續撤回山西。在商震的默許下，韓復榘、石友三兩個師重返西北軍。
民國十六年（1927年），山西響應國民革命軍北伐，閻錫山的部隊改為第三集團軍，全面進攻奉軍，曾由商震代第三集團軍總司令。7月9日，商震任第一軍團軍團長，9月兼任第三集團軍左路軍總指揮。民國十七年（1928年）1月，在偏關附近擊潰奉軍鄭澤生部。4月，蔣、馮、閻、桂聯合北伐奉軍，商震任國民革命軍第三集團軍前敵總指揮兼左路軍總指揮，率晉軍向黑石關出擊，先後占領保定和北京、天津，並另派一部由晉北進占察哈爾。北伐成功後，南京國民政府在6月26日任命商震為河北省政府主席。8月28日閻錫山委商震兼任河北省剿匪司令。10月19日商震被南京國民政府特任為軍事委員會委員。11月商震因北伐有功，兼任平津警備副司令，因當時閻錫山駐在太原，商震住在北平，因此商震兼代閻錫山的平津警備司令，並握有指揮平津警備部隊的全權。到民國十八年（1929年）3月，又當選為國民黨第三屆候補中央監察委員。
