国举行五原誓师，石友三和韩复榘复归冯玉祥部，石友三被任命为国民联军援陕第5路总指挥。翌年6月，国民联军改组为国民革命军第二集团军，石友三任第1方面军副总指挥兼第5军军长。随后因冯玉祥参与国民革命军，石友三的第5军也参与北伐，在山东省击败了北京政府方面的孙传芳军，立下军功。在第二期北伐时，西北军在河南省的控制区遭到樊钟秀率领的建国豫军攻佔，冯玉祥因此下令石友三部队从山东省南调，会同宋哲元部队与建国豫军交战。1928年（民国17年）底北伐宣布结束，伴随着裁军，石友三改任第国民革命军24师师长，驻扎河南省南阳