次年吴佩孚调任炮兵第三标第一营管带。1911年10月辛亥革命爆发，各省纷纷宣布独立，曹锟奉袁世凯之命率第三镇官兵人关，负责天津、北京、保定一线京畿外围防务。
同月山西新军宣布独立，袁世凯派曹锟率军攻打山西革命军。队伍即将行进到娘子关时，第三镇第三标部分人员在标统(团长)的带领下准备起事，被吴佩孚即时发现向曹锟告密，吴佩孚第一次救了曹锟，之后被提拔为第三镇第三标标统。
1912年2月，袁世凯为了达到在北京老巢就任大总统的目的，指使曹锟带兵到南京迎袁专使住处进行骚扰，最终迫使南京临时参议院通电同意袁世凯的要求，曹锟因此在官道上青云直上。
随着曹锟势力的壮大，吴佩孚的官位也亦步亦趋地不断攀升。北洋政府成立的这年秋天，袁世凯将镇改为师，标改为团，曹锟继任第三师师长，吴佩孚继为炮兵团团长，驻防南苑。
次年，吴佩孚积极跟随曹锟镇压“二次革命”。曹锟因功委任为长江上游警备司令，吴佩孚升任师部副官长，驻防岳州(今湖南岳阳)。时袁世凯的心腹爱将汤芗铭以海军中将都督湖南。
一日，汤芗铭在长沙举行全湘名流会议，请师长曹锟致词，但曹锟很不善于辞令，吴佩孚主动请缨。吴佩孚从汤芗铭督湘有方，受到万民敬仰说到湖南人杰地灵而湖南诸将胸有韬略。
这番颇富煽情之言打动了在座诸位，尤其是汤芗铭听得连连称赞，认为吴佩孚确是军中奇才，可惜官阶太低，会后便以湖南省督军府的名义向曹锟发来公函：“……兹借调贵陪吴佩孚来敝省主巡警旅军政。
如贵部认为必须交换条件，敝省一定酌情满足之……”曹锟想一个堂堂的都督仅见吴佩孚一面，竟然要将其借走，而且还要升为旅长，想必吴佩孚一定有其独到之处，楚材晋用，不如楚弓楚得。于是回函：“本部已提升吴佩孚为第六旅旅长，掌管兵权，如何外借?”得到曹锟的器重，吴佩孚深怀感激，誓死追随曹锟一生，成为曹锟的心腹。
到1921年底，经过一年多的扩军练兵，已拥有十余万兵力。同年北洋军政府任命吴佩孚为两湖巡阅使，率大军南下平息两湖战争。此时吴佩孚的官职已与曹锟相当，势力日渐坐大。此间，直奉两派争夺中央政权、势力范围的斗争日趋激烈。直系军阀先占直鲁豫地区、夺取了江苏、陕西地盘，后吴佩孚又夺得两湖，直系显然占有了的半壁河山。直皖战争后张作霖在关外的势力得到迅猛的发展。
1921年6月，张作霖正式就任蒙疆经略使，除控制了东三省外，还得到了热河、绥远、察哈尔三特区，成为事实上的满蒙王。12月，在的支持下，张作霖以亲日派梁士诒组阁成为奉系内阁，“张(作霖)的发言权高到极点，直系在中枢的地位几降为零”。
实力强大的直系不甘心其权威及既得利益受到挑战，为了主宰中央政权，夺取更大的利益，决定与奉系兵戎相见。而奉张在扩大关外势力的同时还想染指长江流域，独霸中央政府，也是磨刀霍霍。1922年4月第一次直奉战争爆发。曹锟授予吴佩孚军事指挥全权，代表直系以洛阳之师为主力迎战张作霖。奉军入关兵力12余万人，大炮150门，机关枪近200挺，大有“投鞭断长江之流，走马观洛阳花”之势。吴佩孚直接参战的军队只有张作霖的一半，在兵力、装备悬殊的情况下，作战一个多月，奉军损失军费超过3千万元，被打死、打伤、投降及逃亡人数高达10万人，仅余2万多人逃出山海关。第一次直奉战争使吴佩孚达到了其军事生涯中的顶峰。
第一次直奉战争结束后虽然直系完全掌握了北京政权，但孙中山、段祺瑞、张作霖却迅速结成了“反直三角联盟”。就当前形势所应采取的方略而言，吴佩孚与曹锟意见相左，力主以武装统一为当前的头等大事，而曹锟却迫切想当总统，认为做了总统再统一也不迟。吴佩孚对其“恩君”“曲进谏言，以挽救其失，万不可动辄谋叛，以陷于大不忠之地步”。在苦劝无果的情况下，吴佩孚回到洛阳集中精力继续苦心经营自己的大本营。
次年，曹锟上演贿选丑剧获得了成功，把吴佩孚升为直鲁豫巡阅使，吴佩孚被称为“大帅”，曹锟则升称为“老帅”。吴佩孚虎踞洛阳，在其最鼎盛时期，拥兵数十万人，其中直属部队五个师和一个混成旅十余万人，控制着直隶、陕西、山东、河南、湖北等省地盘。
当时全国有18个省的督军、总督的代表机构就设洛阳，洛阳成为各方所仰望的中心，被时人称为“西宫”。吴佩孚五十寿辰时，全国各地来洛阳向他祝寿的达官显贵、文化名人及各国驻华使节就有六七百人之多。
