Duan gjennomgikk krigsskole og tjenestegjorde, etter at Yuan Shikai i 1901 ble visekonge over provinsen Zhili i flere år som hans fremste militære rådgiver. Han ble i 1906 brigadegeneral samt i 1909 general og sjef for den 6. divisjon. Som øverstkommanderende for troppene i Kiangpeh hadde han største andelen av arbeidet med reorganiseringen av nordarmeen etter europeiske forbilder.