1928年7月，杨增新被刺杀后，时任讲武堂教官的张培元因拥戴金树仁，被升任旅长兼新疆政府军事处处长，次年，接替被调到焉耆道的伊犁镇守使牛时，任伊犁镇守使。1930年镇守使改为屯垦使。他调任伊犁屯垦使后，在北疆部队扩大为师，自兼师长。1931年初，和加尼牙孜策划哈密暴动，逃到酒泉的马仲英入新，包围哈密新旧两城。金树仁几次派援兵东下，皆被马仲英击溃，驻喀什师鄂莫在晋省途中又病死。同年夏，金树仁急调张培元为东路剿匪总司令，以盛世才充其参谋长，率马、步军队及白俄归化军共两万多人，远击马仲英。张培元兵分三路东