27年（民国16年），吴佩孚手下的于学忠转任镇威军第20军（奉系）军长，牟中珩被起用为参谋。翌年6月，牟升任东北保安司令长官公署参谋处长。当时张宗昌企图东山再起，开始在滦州集结军队，牟中珩奉张学良之命将其包围歼灭。张学良东北易帜后，于学忠和牟中珩加入国民革命军。
西安事变与抗日战争.1930年（民国19年）8月，牟中珩任东北陆军第23旅上校参谋长。同年9月中原大战中，为支持蒋介石，张学良命令第23旅驻北平。1932年（民国21年）春，第23旅变更番号为独立第14旅，牟继续任上校参谋