后来石友三与张学良的冲突根本。石友三在张学良底下的活动仍相当积极，他除了招募与张学良争权失败的张学成，拉拢有意反张的东北军将领于学忠，并得到孙殿英的私下支持，并重新与反蒋派搭上关系。1931年（民国20年）5月，以汪精卫、陈济棠、李宗仁为首，反蒋派在广州成立国民政府，石友三也参与了它们的号召，1931年7月18日出任广州国民政府第5集团军总司令，并向张学良的东北军发兵，沿平汉铁路北上，试图掌握华北权力。7月28日，石友三部队与东北军交战，战斗三日后即不支，同时原本拉拢的地方军阀全被南京政府以更高金额