，李守信随部队投向了奉系军阀张作霖，历任东北骑兵第九旅连长、营长。东北易帜后，1928年，他任东北军骑兵第十七旅（崔兴武任旅长）第三十四团团长，驻哲里木盟（今内蒙古通辽市）开鲁县。1930年前后，他在张学良指挥下，参加镇压嘎达梅林起义。1931年九一八事变后，他曾率军抵抗日军进攻。
中年经历.1933年，李守信同日军交战，击落了日军飞机1架，此后通过同日本方面交涉而获得了日军武器与资金援助。2月21日，日军进犯开鲁，东北军骑兵第十七旅旅长崔兴武已逃跑，代旅长李守信率部投降日本。