此后不久，曲同丰离开云南赴上海，拜见孙中山。1912年南京临时政府成立后，曲同丰被任命为北洋招抚使。1912年初，曲同丰辞去北洋招抚使一职，被北京政府陆军总长段祺瑞任命为将校研究所所长。1912年夏，烟台军政府都督胡瑛引退，当地民军失去领导人，曲同丰被段祺瑞任命为“办理登烟岛整顿军队并发饷及善后事宜”。完成任务后，曲同丰获北京政府赠勋五位，授陆军少将衔，并任命为“总理烟登黄军队管理民政外交事务”。1913年，曲同丰作为军事参赞视察蒙边。同年8月，曲同丰接替蒋方震任保定陆军军官学校校长，并兼任将军府参军。