東南形勢的改變，以及奉軍遭遇重大挫折，使得在岳陽樓飲酒賦詩的吳佩孚雄心復起。首要之著是獲得孫傳芳的支持，祕密派人去接頭，反應相當良好。
原來孫傳芳雖是王占元的部下，但自王占元為湖北人所驅逐，由吳佩孚接任兩湖巡閱使以後，對孫傳芳頗為器重，十一年冬天派他援問，就此起家。一則感恩圖報；再則孫傳芳崛起為五省雄長，但在北洋中的資格畢竟還淺，五省軍隊的總司令，亦非全為嫡系，能把吳佩孚捧出來，畢竟多一重保障。
其次接頭福建的周蔭人，得到的答覆，更令人安慰，是「惟命是聽」四字。有了這兩方面的支持，吳佩孚便派人到湖北去徵求蕭耀南的意見；蕭耀南特派二十五師師長陳嘉謨，到岳州去見吳佩孚傳話。
「大帥要出山，儘管出山，不過暫時請不要到湖北來。」
「為甚麼？」吳佩孚很不高興瞪眼問說。
「因為蕭珩帥需要時間。」蕭耀南字珩珊，他之需要時間意思是在湖北腳步尚未踏穩。
「我要出山自然是在湖北。」吳佩孚換了一副神色，「我問你，你私人對我出山，有甚麼意見。」
「大帥出山，我個人願效犬馬之勞。」
「好，你回去告訴珩珊，孫馨遠、周蔭人都擁護我，看他怎麼說。」
陳嘉謨回去跟蕭耀南商量，認為形勢對吳佩孚有利，出山為不可避免之事。湖北的地盤，本來是吳佩孚的；而且第二次直奉戰爭，並未動員蕭耀南，實力得以完全保存，現在亦應該為老長官效效勞了。
「江山本來是他的，他要斷送也由他。」蕭耀南終於發了迎吳出山的電報。
於是吳佩孚在岳州發出通電：「奉軍深入，政象日非。孫馨帥興師討奉，堅請東行；福建周樾帥電稱，惟命是聽；湖北蕭市帥率湖北全體將領電稱，此次共伸大義，欲動人心，首資號召，擬請鈞座出山，希早命駕等語。救國鋤奸，豈容袖手，茲定於二十一日赴漢，特先奉聞。」
第二天就是十月二十一日，吳佩孚乘艦東下，蕭耀南率領全省文武，在漢口碼頭上迎接，與上次吳佩孚過漢口時的情形，炎涼不同。迎入行轅開會，首先討論名義，有人提議用「十四省討賊聯軍總司令」；吳佩孚還嫌十四省的範圍太小，刪去此三字，稱為「討賊聯軍總司令」，這個「賊」字指奉張，亦指為吳佩孚恨之切骨的馮玉祥。
這一支討賊聯軍，由湖北、四川、貴州三省及一部分廣西軍隊組成，共分十路。司令部的成員，十分煊赫，參謀長是日本士官第一名畢業，由日本天皇賜刀，以後又赴德國留學，公認為軍事學權威的蔣方震；祕書長是當過廣西省長的張其鍠；總參議更足壯吳的聲勢，是鼎鼎大名的章太炎；此外外交處長張志潭、交通處長高恩洪，都是總長級的人物。原來的參謀長張方嚴降為高參；楊雲史屈居祕書幫辦。如果吳佩孚討賊成功，掌握政權，這個司令部立刻就可以改成軍政府。
其時張作霖亦在積極作因應之中。他深知吳佩孚的「討賊」，主要是對付倒戈的馮玉祥，而馮玉祥的國民軍對奉軍的威脅及敵意，日深一日。在打倒馮玉祥這個相同的目標之下，一旦採取講和的手段，吳佩孚要他化敵為友，聯合討馮，是相當有把握的。因此，他的軍事部署，表面對付吳佩孚的主力孫傳芳，實際上卻完全以馮玉祥為對象。
張作霖預備組織三個軍團，以李景林為第一方面軍軍團長；張宗昌為第二方面軍軍團長；統率京榆駐軍，亦即奉軍全部精銳的是第三方面軍，軍團長自然是張學良，而「張不離郭、郭不離張」，副軍團長非郭松齡莫屬，這個軍團預備改編為三個軍，番號亦編好了，是第八、第九、第十；軍長內定由姜登選、韓麟春、郭松齡擔任。郭松齡其時在日本觀操，張作霖急電召回。郭松齡一回到天津，隨即稱病住進義國醫院。
原來郭松齡已經決定要倒戈了。郭松齡對張作霖之寵信楊宇霆，非常不滿。郭楊勢不兩立，在奉軍中是公開的祕密，但由於老帥的威望，少帥的感情，郭松齡一直隱忍未發，及至楊字霆將姜登選擠到了安徽，姜登選再一擠，把他的安徽督軍擠掉了。如果楊宇霆能在江蘇站住腳，倒也罷了；或者楊宇霆，卸甲丟盔，逃回關外，老帥加以懲處，也還能平服軍心，誰知楊宇霆不但安然無恙，而且受寵如故，素來氣量狹窄的郭松齡，如何嚥得下這口氣。
本來郭松齡雖與馮玉祥站在敵對的地位，但兩家的眷屬，卻有往來。郭松齡的妻子韓淑秀出身燕京大學，而馮玉祥的妻子李德全亦在北京念書，與韓淑秀是舊識。兩家「老爺」駐區相近，時有走動，所以郭松齡對馮玉祥的情況是相當了解的。
在日本觀操時，國民軍亦派有軍官團，領隊是韓復榘，跟奉軍觀操團，住在同一座旅館，因此常有接觸。郭松齡的親信也是同學的高紀毅，知道郭的心事，極力建議郭馮合作。郭松齡接納了建議，便由高紀毅跟韓復榘初步聯絡，獲得有利的反應後，郭松齡才與韓復榘正式密談。
在這次談話中，郭松齡向韓復榘透露了一個祕密，奉軍進攻國民軍時，將由日本供應軍火。郭松齡表示乞援外國，掀起內戰，他們不贊成；如果奉軍有進攻國民軍的命令，他不會聽從，甚至倒戈。
及至郭松齡接到召回的電報，向韓復榘重申前言。所以郭一動身，韓亦兼程回國，到包頭向馮玉祥祕密報告。馮玉祥不肯相信，因為郭松齡跟張學良的關係太深，如說郭會倒戈反奉，在他覺得是件不可思議之事。
因此馮玉祥便說：「既然郭茂宸自己提議，就請他親筆寫一個類似條約的文件，派兩名親信送來。」
韓復榘趕到天津，傳達了馮玉祥的要求；郭松齡便在義國醫院的病房中召集親信會議，除了高紀毅以外，另有第二旅旅長劉偉；第六旅旅長劉振東；機要祕書李愈三、及郭松齡的胞弟郭大鳴。
會中大家一致支持郭松齡與馮玉祥合作的決定，認為奉軍精銳，盡在掌握；關外的留守軍，不足為敵，打回瀋陽，決無問題。
於是由郭松齡親自執筆，寫了一個密約條款，以馮玉祥為甲方；郭松齡為乙方；李景林為丙方，但此密約，僅須甲乙雙方簽字，便即生效。
這個密約一開頭，先捏造張作霖已與日本帝國主義簽署了一個企圖進攻國民軍的禍國條約，以此作為反對的理由。條款主要內容計三點：第一、奉軍進攻國民軍時，郭軍即倒戈相向，回攻奉軍。第二、郭部出關後，專門開發東北，不問關內之事。第三、直隸、熱河請劃歸李景林。
顯然的，第一點是一個藉口，奉軍不必進攻國民軍，郭松齡亦可起兵出關；而馮玉祥便可以奉軍進攻為由、出兵助郭。第二點是表示棄絕張宗昌的部隊；第三點則為免除李景林制肘的後顧之憂。
這個密約由李愈三、郭大鳴送到包頭，馮玉祥表示滿意，只加了一條，郭松齡的軍隊統稱為東北國民軍，然後就在密約上簽了字，交原使者帶回。
十一月二十六日郭松齡在灤州一家火柴公司樓上，召集團長以上會議，首先由郭松齡講話，歷數第二次直奉戰爭、官兵死傷慘重，但至今對遺屬未發一文撫恤金，孤兒寡婦都靠同袍接濟。當然這都要歸罪楊宇霆，說到「上將軍」如何寵信楊宇霆，以及楊宇霆如何弄權禍國時竟忍不住痛哭失聲，好久不止，只好扶他到別室休息。由韓淑秀繼續講話。
「今日之事，是為東三省人民，也是為我們整個團體，決非任何個人之事，希望諸位先生信任你們的軍長，跟著他走，我們只有前進，不容後退！」團體是當時軍閥稱自己的派系習用之詞；人民，前進，就有點共產黨味道了。
郭松齡所掌握的奉軍精銳，計有六個步兵師、兩個炮兵旅、一個騎兵旅、以及輜重工兵等，一應俱全。他的辦法是，策動親信旅長奪位，將忠於老帥的第五師長趙恩臻、第七師師長高維岳；第十師師長劉恩銘；第十二師師長裴春生扣押起來，然後送交李景林看管。李景林因為有直隸、熱河兩省地盤，而且自此可以不受國民軍的壓迫，自然樂於替郭松齡作「看門狗」。
在十一月廿二日，召開軍事會議，正式宣布起兵以前，郭松齡先在義國醫院，找了親信來安排人事，決定組織四個軍，軍長是劉振東、劉偉、范浦江，以及旗人霽雲，原來都是旅長，飛躍而為軍長，無不大感興奮。另外兩名親信，魏益三是先遣軍司令；彭振國是車站警備司令。此外炮兵第一旅旅長鄒作華，郭松齡打算派他為參謀長，卻為大家一致反對，因為鄒作華跟郭松齡不和，是大家都知道的事。
及至郭松齡情緒穩定後，復又出席，宣布退回關外，專心從事東北建設，永遠不再參與內戰的決心，要求大家簽名贊成。然後發表東北國民軍總司令部的人事。又派他的祕書齊世英，專誠邀請黎元洪的祕書長饒漢祥來草「露布」。
通電一共三通，最重要的，當然是「張上將軍鈞鑑」那一通，勸張作霖退休，由「英年踔厲，識量宏深，國倚金湯，家珍玉樹」的張學良來主省政，郭松齡自願「竭誠匡功」；那時「三省富強，四鄰和睦」，張作霖大可「