孙中山当即召开大本营会议，决定抽调湘、粤、滇、豫等军5万人入赣，以支援卢永祥。同时也派其子孙科于9月23日去奉天。在奉天大帅府，孙科、张学良、卢小嘉三人举行了著名的“三公子会谈”，达成了合作协议。孙科后来回忆说:“我到奉天往见张作霖，商量讨伐曹锟和吴佩孚。从前听说张作霖是土匪出身，以为他粗鲁彪悍，及见面之后，方知他长得非常清秀，个子不高，不像土匪一类的人物”。

第二次直奉战争爆发后，为了使孙中山在南方牵制直军，张作霖又给孙中山一批援助。据张作霖二子张学铭说，孙中山北上前，张作霖从水路运了一批枪弹和银元去广州，计有枪3万支，子弹300万发，银元20万。由葫芦岛海运到广州，押运人员有当时的中尉副官、后来的新疆军阀盛世才。这批枪弹后来在北伐中，发挥了很大作用。

利益冲突，张作霖开始玩“变脸”

由于张作霖与孙中山政治立场上的根本对立，使他们之间不可能长期合作，反直目的达到，便意味着合作的终结。

当时京津一带盛传孙中山已经“赤化”，“要在中国实行俄国式的共产主义”。张作霖对俄国人一直很敏感，遂对此表示了公开反对。为了释疑，孙中山带病给张作霖写了一封亲笔信。说明与俄国虽有联系，然“对于共产主义，则绝对不能赞成”。12月12日，李烈钧代表孙中山，举行记者招待会，再次申明此意。接着，汪精卫、胡汉民等人也发表通电，否认孙中山主张共产，然而这一切，都未能使张作霖态度有所转变。

早在孙中山与张作霖联盟建立之初，《申报》就曾发表评论:“孙张之结合，在表面上观之，似非漠然，而实际上终觉气味不投。”

孙、张联合一开始就存在一个敏感的问题，即是否认同孙中山出任大总统。因张作霖此时已有问鼎北京政权的野心，所以不可能支持孙中山出任大总统。道理很简单，你当上大总统，我当啥？

伍朝枢从奉天回到广州后，对美国领事讲:“张作霖支持孙博士任总统，梁士治任内阁总理，段祺瑞任副总统”。张作霖得知后大发雷霆，骂伍朝枢胡说八道。叶恭绰初来奉天时，与张作霖谈军事合作计划，张兴致勃勃，但一谈及孙、段以后的地位问题，张作霖马上就冷了下来。

1925年1月4日，孙中山召集大本营军政会议，决定成立建国政府，张作霖对此也很不满意。汪精卫将张作霖的态度报告孙中山后，孙中山不得不将此事延缓。

冯玉祥北京政变后，直系垮台。北京政权一时处于真空状态。冯玉祥支持孙中山，几次电请孙中山北上。张作霖则支持段祺瑞。此时段祺瑞已是光杆司令，张作霖把段推上前台，实际是为自己以后上台做铺垫。所以，在孙中山未来北京前，张作霖抢先把段扶上了临时执政的位置，造成既成事实，使孙中山来后也很难改变。

1924年12月4日，孙中山来到天津。张学良带领各界人士在码头欢迎。当天孙中山就由汪精卫、邵元冲、孙科、李烈钧四人陪同，去曹家花园拜访张作霖。张作霖有意在园中布满军警，荷枪实弹。孙中山一行人在卫兵的冷漠注视下步入会客室，等了许久，张作霖才缓慢踱步出来，坐在上座，态度十分冷淡。宾主默默无语，气氛很是尴尬。孙中山打破僵局首先说:“此次直奉之战，赖贵军之力，击破吴佩孚，实可为奉军贺。”张作霖冷冷地回答说:“自家人打自家人，何足为贺。”李烈钧见状忙说:“事虽如此，若不将吴子玉(吴佩孚字)诸人铲除，则欲求国家之进步，与人民之幸福，终属无望。总理孙公之贺，实有价值，亦惟公能当之也。”张作霖听后哈哈大笑，笑声很做作，听着让人胆寒。孙中山一行人从曹家花园出来后，汪精卫擦了擦头上的冷汗，连说:“险哉!险哉!”这是孙中山和张作霖第一次直接会面。

孙中山身体本已有病，在路上受了风寒，大概也受了点惊吓，回到寓所便一病不起。

第二天，张作霖到张园回拜孙中山，孙中山在病榻上接待了他。二人关起门来密谈，张作霖劝孙不要反对外国人。会谈结束后，汪精卫将张作霖送出门外，张作霖又对汪说:“我从前以为孙先生是个很难说话的人，今日才知道他是一个温厚君子。北京各国公使，都不赞成孙先生，大概因为孙先生联俄的缘故。你可否请孙先生放弃他联俄的主张？只要孙先生放弃这个主张，我张作霖包管叫各国公使，都与孙先生和好。”

差点烧了孙中山的遗体

1925年3月12日，孙中山在北京病逝，遗体暂厝在西山碧云寺。 1926年，国民革命军开始北伐，迅速占领了长江流域。由于直系、皖系均已树倒猢狲散，张作霖就成为国民革命的主要对象。北伐军一路杀来，势如破竹，杀得奉军哭爹喊娘。当初合作时，张作霖一口一个“中山先生”，现在再提起孙中山，就直呼孙的外号——孙大炮。

1927年9月，“狗肉将军”张宗昌来北京开会，对张作霖说:“我最近找人算了一卦，说是孙大炮停灵柩的地方风水太好，是以南军屡次告捷。”张作霖说:“真有这事？”张宗昌说:“这种事，宁可信其有，不可信其无，叫我说，干脆把孙大炮的遗体烧了，以绝后患”。张作霖听了没置可否。张宗昌以为张作霖同意了，便开始张罗烧尸。张学良听说后，马上派人将孙中山的遗体保护起来，随后，又将遗体安全转移，孙中山的遗体才免遭焚毁。后来，孙夫人宋庆龄到沈阳见到张学良，特意就此事向张学良表示感谢。