对于张作霖而言，如果能够直接从美国买到孟禄所说的那种机关炮，自然是求之不得的事，但当时国际社会已经达成了禁止供给中国武器的协定，他就是拿出再多的钱，美国人也不会把武器卖给他。这样，他就只能向日本提出购买军火的请求。
日本原先认可的是段祺瑞的皖系，与曹、吴的直系彼此敌对。见直系独霸中原甚至随时可以出关，他们唯恐损害到自己的“满蒙利益”，因此大力支持张作霖整军备战，并以“善意援助”的名义，想方设法把价值数百万元的军械转卖给了张作霖。不过此事暴露后，立即遭到英美各国的强烈反对，日本政府决定改变方法，授鱼不如授渔，“协助他（指张作霖）自设兵工厂，以求自治”。
东北兵工厂很早就已设立，但在直奉战争前规模并不大，此后日本政府委托日本兵器会社向其供应了大量机器设备，在日方的帮助下，兵工厂的规模比以前扩大了数倍。张作霖接受了设备，然而当日本拟进一步提供人力支援，向兵工厂派出兵器顾问团时，却遭到了他的婉言谢绝。
张作霖的心态就像日俄战争时期一样，他是想尽可能利用日本人而不被日本人所用，很显然，如果在日本人的“盛情相助”下陷得太深，这种平衡就必然要被打破，所以他绝不能再往前走了。好在设备虽然必须从日本进口，但人才还可以从其他地方寻觅。张作霖首先起用了两个管理人才，他派杨宇霆兼任兵工厂督办，派韩麟春兼任兵工厂厂长。
杨宇霆就不说了，不仅精明干练，敢于负责，而且“学通今古，识洞中外”。韩麟春是杨宇霆的同学、士官学校炮兵科毕业生，还曾经到欧洲参观学习，拥有比较广博的军事和兵器知识，据说他改良了一种手枪，功效很好，后经兵工厂制造，曾由北京政府通令全国军官统一佩带。
在杨宇霆、韩麟春的共同主持下，东北兵工厂除了从德国、捷克聘请高级工程师外，还从汉阳、上海的老工厂挖来许多老技师、大工匠。这些外聘人才待遇优厚，宿舍住漂亮洋房，每月薪水发的也不是奉票，而是全国通行的现大洋。关外在当时很多人眼里是出“胡子”的地方，一些南方的技师工匠加盟东北兵工厂纯粹是为了多赚些钱，他们以为自己在奉天不会待得太久，没料到来了之后却立即有宾至如归、乐不思蜀之感，于是互相援引，又从南方招来不少工匠。一时间，东北兵工厂人才济济，俨然成了国内武器专家的人才库。
东北兵工厂最终被打造成了同时期国内最大的综合性兵工厂，其规模之宏大，设备之完善，连日本人都为之侧目，称之为“东方第一”的兵工厂。它不但能制造一般枪械弹药，而且能出产山炮、野炮。其间还增设了一个迫击炮厂，限于武器禁运协定，该厂所进口的迫击炮筒全部以自来水管的名义改装，负责制造迫击炮的则是专门聘请的英国技师。迫击炮厂虽然规模不大，但所生产的中型迫击炮威力冠于国内各军，称得上是物美价廉。
直奉战前，双方都有航空队在，但东北航空队在战争中却没有起到作用，风光的是直系航空队在，张作霖将这也视为落败的一个原因。他让张学良担任主管，重点抓航空队的发展。“整军经武”期间，东北航空队改用了“一战”以后法国最新的飞机，教官和教材也都来自法国。相比之下，直系航空队的飞机一直没有更新，用的始终都是皖系留下来的陈旧之物。
经过“整军经武”，仅用两年时间，东北军就基本恢复元气，同时数量和质量也有了空前提高，已由过去绿林式的乌合之众一跃成为训练有素的正规军。
张作霖一面进行“整军经武”，一面继续加强“三角反直联盟”。直奉大战时，孙中山因受陈炯明“炮击总统府”的威胁，被迫离开广州前往上海，未能对奉军起到相互呼应或支援的作用。张作霖怒气冲冲地说：“那边有个陈小子（指陈炯明），这边有个张杂种（指张景惠），坏了事。”难得的是，他并没有因此怪罪孙中山：“孙先生是文人，带兵是为难的，我不求他别的，只要他对救国大计多想办法。这班家伙让我来用武力收拾他们！”
孙中山到达上海后，经济一度非常拮据，张作霖得知这一情况一拍胸脯：“患难中交朋友，我送孙先生十万元作他的生活费用！”钱由韩麟春负责带给孙中山，韩麟春可能觉得多了，就只给了三万元，后来张作霖看到孙中山给南方代表宁武的一封信，上有“雨公所赠三万元，我已分给众同志矣，烦代致谢”的话，这才知道事情的原委。他把韩麟春叫来痛骂一顿，说：“凭我张某人只送孙先生这点钱？不成话，赶快再补七万元！”
无论三万元还是十万元，都只能解决生活问题，孙中山派人给张作霖送信，希望商借一笔更大的款子，并暗示如果他有了这笔款子，“不出数月就可以消灭叛逆，收复广东”。经过几度商谈，张作霖同意帮助粤军回粤费五十万元，以后根据实际情况又陆续补助了几十万元。此后孙中山果然重振旗鼓，派手下大将许崇智率部回粤，对陈炯明进行讨伐，直至逐步恢复自己的根据地。