作义转入北京清河镇的第一陆军中学学习。1915年，入保定陆军军官学校第5期步兵科。傅作义的学习成绩列校内第1名。1918年毕业，回到山西。此后他加入阎钖山领导的晋军。1926年，升任第四旅旅长。1927年，升任第四师师长。1927年6月，阎钖山转投国民政府方面。同年10月，傅作义率第4师进攻涿州，击退奉军。不久，奉军的2个师加2个旅的大部队企图夺回涿州，傅作义指挥部队坚守3个月。1928年1月，傅作义见部队抵抗能力已达到极限，便暂时投降奉军。不久，傅作义秘密逃走，回到山西，被阎钖山任命为国民革命军第三集