参加北伐，驻防祁阳，率部驰援被叶开鑫部队围困的友军，激战两昼夜，收复邵阳，旋即跟踪追击，与友军迭克宁乡、益阳、常德、桃源。升任十二旅旅长，率部经湘阴进攻岳阳，追击吴佩孚部，协同何键师合围汉阳，与张发奎部会师武昌城下。秋末，随大军兼程北进，相继攻克广水、武胜关。1927年2月晋升师长。当时报载：“三十六军三师师长周维寅勇敢善战，能以少胜多。”同年夏，与友军连克漯河、临颖，与冯玉祥所部会师郑州，随即升为三十六军副军长兼三师师长。 1927年宁汉分裂后，三十六军回师武汉。8月奉令武汉政府讨蒋，率第三师冒酷暑由