北京政变后，佟凌阁任国民军第1军第11师步兵第21旅旅长。1925年（民国14年）7月，升任西北军第11师师长。1926年（民国15年）南口大战中，佟凌阁在要害之处同奉军激烈战斗，勇冠三军。1926年9月五原誓师后，佟凌阁随冯玉祥加入国民革命军，参加北伐。1927年（民国16年）任甘肃陇南镇守使兼代理甘肃督办。冯玉祥被任命为国民革命军第二集团军总司令后，佟凌阁被任命为第11军军长。佟凌阁部被马仲英军包围，损失很大，为北伐作出了贡献。1928年起，佟凌阁历任国民革命军第二集团军第35军军长、暂编第11