后改任参谋兼二标一营管带。其间，他和以中国同盟会为中心的革命派军官加强了交流，逐渐倾向革命。1911年10月20日，他被陕西同盟会会员井勿幕等人推举为起义总指挥。10月22日起义，革命军攻佔西安满城血腥屠城，其部队城内大肆抢劫，欺男霸女无恶不作，守将文瑞投井自尽，后张凤翙被推举为“秦陇复汉军”大统领。12月9日，他任中华民国秦军政分府大都督。1912年8月改头衔为陕西都督，兼民政长。此后他积极支持袁世凯，在二次革命中镇压了革命派。1914年（民国3年），白朗率军进攻陕西省，袁世凯以此为口实，令其心腹陆建