21年，孙中山计划联合段祺瑞、张作霖组成三角同盟，北伐讨直。徐代表段祺瑞于次年初赴桂林与孙中山晤谈。1924年9月，江浙战争爆发，徐任皖系浙沪联军总司令。皖系再次失败，他在英租界寓所内被支持直系的英国人拘捕，并强迫他乘英轮去欧洲。在途经香港时，第二次直奉战争结束，段祺瑞被推为临时执政，徐获得自由，被任命为「考察欧美日本各国政治专使」。遂率考察团15人，先后考察法国、英国、瑞士、意大利、德国、苏联、波兰、捷克斯洛伐克、比利时、荷兰、美国、日本等12个国家。在考察法国期间，孙中山在北京逝世，徐电致挽联。