唐生智投入国民革命军任第8军军长，廖磊成为国民革命军第8军第4师副师长。廖磊随唐生智参加北伐，同北京政府军队作战立功。10月，攻取武汉，第8军扩编为3个军，成为集团军，廖磊任其中的第36军第1师师长。1927年（民国16年）10月，宁汉战争爆发，廖磊随唐生智与新桂系的李宗仁、白崇禧作战。唐生智败北下野，廖磊留在湖北省，投降白崇禧，加入新桂系。结果，随着军队重编，廖磊升任国民革命军第36军军长。
新桂系的活动.廖磊作为新桂系的国民革命军第四集团军的一翼，在再度展开的北伐中为攻取北京作