第二次直奉战争，奉军大胜，缴获了几万支步枪，七八百门机关枪和一些大炮，俘虏了大批官兵。吴佩孚从此一败涂地，彻底垮了。
因为打了胜仗，奉军各级将领均应论功行赏。郭松龄这一派没有得到应有的奖赏。他深感不平，十分难过地对张学良说：“一路仗都是我们打的，我给你当部下，真是倒霉了。”
张学良耐心地劝郭松龄不要计较这些。郭却愤愤不平地说：“你是大帅的儿子，说什么都行，反正我算倒霉了。”张学良认为这都是杨宇霆搞的鬼。于是向张作霖反映，张作霖不听。张学良再提议，其父大骂说：“你小六子想当总督啊！不行！”张学良又建议自己接替杨宇霆任巡阅使，郭松龄当直隶总督，再次遭到张作霖大骂，这样他回天津也不好办。杨宇霆回到奉天又当上了总参议兼督办（因为他去江苏时并未免去此职），张作霖这种功过颠倒，奖罚不明的作法，引起其他将领的强烈不满，尤其是郭松龄，更是激烈。这时张作霖还要打冯玉祥，但没有军队，只有张、郭二人手中还有军队。杨宇霆把打冯玉祥的命令都拟好了，张学良揣着此令到了天津。当时李景林、姜登选、郭松龄等正在开会，张学良没有提打冯玉祥的事，也没敢拿出打冯的命令，因为他感到气氛不对。他对郭松龄说：“茂辰（郭松龄之字）啊！你想一想，杨宇霆不好，咱们不是也有过错误吗？大帅对他宽厚，一旦我们今后犯了错误，和对杨宇霆一样，大帅也会对我们好。”郭松龄说：“张景惠是大帅的人，他打败了为什么不敢回奉天？你还不知道这一事情，主要是杨宇霆在里头搞名堂。”
郭松龄边说边哭。张学良怕激起事端，始终没敢把打冯玉祥的命令拿出来。他立即打长途电话给张作霖反映情况，说杨宇霆管兵工厂账目不清，可借此撤换他，给大家平平气，又遭到父亲的痛骂。张作霖命令张学良快回奉天。李景林对张学良说：“兄弟呀，你放心。万一回奉天有什么问题，我们都会站到你这一边的。”张学良本不想回去，可不回又不行。他已预感到，一旦离开此地，会出问题的。张学良回到奉天再次遭到父亲的大骂。郭松龄早有“暗取兵权，潜蓄力量”，借助张学良的特殊地位，以待改造东北的思想，对张作霖武力统一，大打内战，耗尽民脂民膏穷兵黩武的行径，早有不满，反叛张作霖的决心早已有之。
11月20日，郭松龄认为他的活动已被张氏父子识破，召他回沈阳一定不怀好意，遂下“提前叛乱”的决心。郭松龄发动叛乱时，与冯玉祥取得了联系，并打算和国民军联手。1925年11月22日，郭松龄自称东北国民军总司令，通电历数张作霖的罪状，逼其下野，同时把自己的军队改编为东北国民军。把他与张学良带的部队编成五个军，开向奉天。出山海关后，一路进击，势如破竹，迅速占领了锦州、白旗堡、新民等地，直逼奉天。
在奉天的张作霖惊慌失措，召集在奉的诸位将领开会，大发雷霆：“常处长（即常荫槐，时任军政执法处处长），我命令你坐专车去把张学良给我抓回来！我自己枪毙他。你要让他跑了，拿你的脑袋来！”常荫槐刚想转身，吴俊升站起来摆摆手说：“唔……常处长，你慢走，我有话说。”张作霖怒冲冲地对吴说：“你有什么说的？”吴说：“唔……过去没有张军长还将就，现在没有他，一天也不行……”“你胡说！”张作霖把脚使劲儿一跺，全场震动。吴连忙说：“唔……没有张将军谁去招抚郭军散兵？散兵还不算，魏益三部下还有两万人马在山海关，若和冯玉祥一合股，比郭鬼子（郭松龄绰号）力量大几倍，打过来奉天就顶不住。唔……收编郭军，谁也做不到。唔……我不敢去，大帅也不行，非张将军不可！他一招手，那些人就都回来。张学良再往前一挺，天津、北京就落在咱们手里，那时候我才敢保你上北京。”
接着，张作相也站起来要发言。张作霖又大喊一声：“你住口！我姓张的用人，向来是一秉大公，赏罚分明，并不是我自己养出的人都是好的。什么他妈的讲武堂、教导队，花了几百万块现大洋，讲他妈的学科、术科，耀武扬威地装他妈的了不起。这帮杂种算狗屁！‘天下好’（即王永清当土匪时的诨号）带一个骑兵团就把这邦兔崽子打的晕头转向。郭鬼子、小六子瞧不起吉、黑两省军队，瞧不起于兰波（即于芷山），我的天下就是这些人打的，我姓张的向来用人一秉大公。李景林、张启坤、许兰洲这些人都是外来的，和我素无瓜葛；还有于孝侯（即于学忠）是吴子玉（佩孚）的外甥，谁不知道我与曹、吴对头多年。可是我对他外甥是重用的。郭鬼子这个鳖羔子到沈阳来，打开行李卷，有两个茶碗，还有一个没把的。小六子说他是人才，能吃苦耐劳，我一次就给他两千块现大洋，给他安家。当时他感激得把他妈给我做老婆都愿意。他自以为有功，在座的谁不比他资格老，汤二哥（即汤玉麟）和我穿一条裤子，出生入死，现在和郭鬼子拉平辈儿。小六子上了贼船，郭鬼子教他学李世民，清君侧，我若不亲自毙了小六子，对不起在座诸位。……常荫槐！你不执行我的命令，我先枪毙你！”
这时，杨宇霆也站起来说：“请大帅息怒！还是吴督军（俊升）说的对，为大局计，张将军不仅不能法办，还得授给他统率全军的大权。扭转大局，非张将军不可。至于郭军叛变我们，大家都有责任，不能归罪他一个人。”接着王永江站起来说：“近来大帅操劳过度，应该为国家保重身体，我建议马上休会。”于是，张作相、吴俊升二位上前一左一右架着张作霖退席。张作霖还是边走边喊：“将张学良免去本兼各职，听候查办！”到此，闹剧才算收场。
此时，张学良则想方设法与郭松龄取得联系，打电报，不见回音。无奈，只好和张作相一道坐火车到前线去，但是铁路被破坏了，电线也被割断了。正巧遇到前面开来的火车，张学良问：“什么人？”“我们是郭军长派来的。”张学良上前一看，原来是他的工兵营长杜维刚。杜维刚从靴子里掏出命令，是张学良和郭松龄联合下的命令，说张作相叛变了，要回去打张作相。张学良说：“你看，坐在我身边的就是张作相。”杜说：“这我认得，这到底是怎么回事呀？”张学良说：“郭松龄叛变了！”“啊！郭松龄叛变了？”杜维刚感到吃惊。张学良说：“在讲武堂我是他的学生，可我现在却是他的长官。你甭管他，把车挂在我的车后跟我走。你把破坏的铁路、电线照原样给我修好。”因铁路一时难以修好，张学良只有坐船去见郭松龄（当时郭军已占领锦州）。半夜里张学良在船上接到一封电报，一看内容，觉得奇怪。说是请张汉卿先生回奉天就职。张学良十分难过，坐着大哭。几个随从问他为何如此。张学良把电报给他们看，他们都笑了。张学良到旅顺后，心想，完了。爸爸都称我为张汉卿先生，我还怎么有脸见人！人到这一步，活着有什么意思，不如跳海一死拉倒。经周围人劝说、阻拦，他才没跳。
当时杨宇霆还在张作霖身边，他们都怀疑张学良与郭松龄事先已有勾结，是同谋反奉。连与张学良同行的张作相也对张学良有怀疑。
伊雅格给张学良开火车，一直开到巨流河，郭松龄的部队也到了。当时的张作霖，准备一把火烧了大帅府逃之夭夭。张学良闻讯很是难过，也不敢回奉天，只与父亲通了电话。
张作霖：“你在哪里？”
张学良：“我在巨流河。”
张作霖：“听说你跑了。”
张学良：“我要是跑了，就不是你儿子。我听说你跑了。”
张作霖：“我要跑了，就不是你爸爸。”
张学良：“那咋哩，我们跟他（郭松龄）打！”
于是张作霖全力支持张学良，把奉天兵工厂里那些破枪破炮集中起来，全部运到前线，还送去40万块现大洋，这就给前线的人壮了胆了。除倒戈的那600多人外，又收容了从前线跑下来的散兵，加起来约有两三千人，成立了司令部。他们对张学良十分忠诚。张学良还雇了一些日本人帮忙。张学良对大家说：“如果你们不想打，打败了，郭松龄把我逮住，也许不会把我怎么样，但是饶不了你们，因为你们背叛了他。再回去是非杀头不可。我把话说清楚，要打就打，要不打就走人，我车上有40万块现大洋分给你们。要是打败了，我就上山当土匪，决不服郭松龄。”大伙说：“那好，我们绝对跟你走，你说怎么办就怎么办。”张学良的部队中有个陈长兴，其兄长陈再兴在郭松龄那边，是个旅长。陈长兴大骂其兄：“打他妈的，打他王八蛋。”张学良说：“当年我是郭的学生，在巨流河演习过，过去是假演，今天可是真打，看看师生之间比试一番谁行。”
结果郭松龄兵败被俘，在押送途中被杀。张学良本想饶他一命，可是当张学良的命令传到时，因杨宇霆先于张学良有所指示，郭松龄在白旗堡被押送者杀害，在奉天陈尸三天。此事对张学良刺激很大，1929年张学良枪杀杨宇霆、常荫槐，也与此有关。
1990年张学良对日本记者谈及此事时说：“我很自信，假如谁叛变，我也能控制他。我确信反叛是不会成功的。但是郭松龄真的反了。当时我非常苦恼。我感到对不起东北人民，对不起我的部下。叛变使东北人民蒙受极大的苦难，我的部下有好多人牺牲了。确实我喜欢郭松龄，他以前违背命令时，我想我不应该饶恕他。那时我饶恕了他，结果他发动了叛乱，使许多的人死了。”张学良直截了当地说：“杨宇霆可以说是死在郭茂辰手里。”“我父亲常骂我说：‘你对郭茂辰除了老婆不给他睡外，什么都可以给他’。”张、郭亦师亦友，感情之亲密，可见一斑。
