同蒋军交战，最终败北。其后，佟凌阁担任宋哲元领导的第29军的副军长兼军官教导团团长。1933年（民国22年）长城抗战中，佟凌阁辅佐宋哲元进行战斗，取得喜峰口大捷，虽然最终长城抗战败北，但获得中国国内舆论赞赏。1933年5月，冯玉祥在张家口组成察哈尔民众抗日同盟军，佟凌阁参加，被任命为第1军军长，兼代理察哈尔省主席。其后，由于蒋对冯施加压力，同年8月冯下野。佟凌阁回到宋哲元手下，最终还是下野。1936年（民国25年），佟凌阁重新出任第29军副军长兼教导团团长，驻扎南苑（今位于北京市丰台区）。民国26年