，孙中山当选为中华民国陆海军大元帅。徐元诰辞去河东道尹之职，赴广东，被孙中山任命为大元帅府秘书长。民国10年（1921年），孙中山在广州任中华民国非常大总统，组织陆海军大元帅大本营，策划北伐。民国11年（1922年），陆军部长兼内务部长陈炯明发动六一六事变，阻挠北伐。徐元诰随孙中山自广州赴上海。孙中山居香山路，李烈钧居思南路，徐元诰居辣斐德路（今复兴路）。三处地方相距非常近，徐元诰常拜望孙中山、李烈钧。民国13年（1924年），孙中山提出“联俄、联共、扶助工农”三大政策，获徐元诰支持。民国14年（192