任北洋第3镇统制。后来他贿赂载振之事被曝光，舆论哗然。不久，被御史赵启霖题参而遭到革职。辛亥革命爆发时，段芝贵就任武卫右军右翼翼长。1912年（民国元年），就任拱卫军司令。1913年（民国2年），任江西宣抚使兼第2军军长。不久因镇压二次革命有功，晋升湖北都督。1914年（民国3年），段芝贵获封彰武上将军，督理湖北军务。1915年（民国4年）8月，迁镇安上将军，督理奉天军务兼巡按使。段芝贵支持袁世凯洪宪称帝，12月获封一等公。此后，因在东北的地盘受到张作霖的压力，于1916年（民国5年）4月辞去奉天将