尽管如此，由于几面作战，主战场上仍是全面吃紧，蒋介石不得不亲自赶赴徐州督战，一面为部下打气，一面征调空军支援，费了九牛二虎之力，颓势仍未扭转。为拿下归德，蒋介石还加强了对刘茂恩的策反工作。刘茂恩为旧军阀刘镇华的弟弟，当年，刘镇华出国，把部队交给了老部下万选才和五弟刘茂恩。阎锡山忌惮刘茂恩势力坐大，将刘镇华的部队和河南省主席的位置都交给了万选才，刘茂恩只是万选才的下属，这令刘茂恩心中十分不满。
适时，刘茂恩的七弟刘茂修奉刘镇华之命回国观察形势。他见这次中原大战，万选才作为反蒋联盟的第六路军军长，一路过关斩将，立下了不少战功。反过来看刘茂恩的态度，似乎对反蒋并不十分热心。为此，刘茂修决定跑一趟南京，摸摸蒋介石的态度。回国几天后，他由天津动身，搭船到上海，然后抽身乘火车到了南京，暂住在第十一路军的驻宁办事处。
刘茂修一到南京，便受到蒋介石、宋美龄的热情招待，并对他表示了友好之意，刘心中大慰。临分手时，蒋介石让宋美龄拿来笔砚，当场写了一封给刘茂恩的亲笔信，作为他投诚以后加封行赏的信物。为了保险起见，宋美龄让刘茂修把棉背心脱下，细针密线地把亲笔信缝入，然后再亲自帮刘茂修穿上。
刘茂修揣着“衣带密诏”，匆匆地回到前线，找到五哥刘茂恩，两人就倒戈一事达成一致。这一边密谋反叛，那一边却毫无防范。因为刘镇华当年驻军陕豫，跟山西只有一水之隔，彼此常相往返，交情笃厚。1925年刘部对冯玉祥的国民军作战失利，1929年刘部为唐生智、宋哲元所逼，曾两番东渡黄河，退入山西，都是靠阎锡山的照顾接济，才幸得保全。因此，阎锡山未存丝毫介心。5月21日，刘茂恩阵前倒戈，并诱捕万选才到陈诚军中，将其杀死。22日，中央军占领兰考，威胁开封，晋军阵脚大乱。
形势危急，24日，冯玉祥急忙调动在郑州一带作为总预备队的孙良诚和庞炳勋部投入陇海路东段作战，并从平汉路调来吉鸿昌部，支持处于混乱中的晋军。孙良诚和吉鸿昌部战陈诚，庞炳勋部战刘茂恩，他们包抄中央军两翼和侧后，打得中央军难以招架，西北军才重新站稳阵脚。歼灭了蒋军大批有生力量，迫使蒋军往山东方向溃退，蒋介石本人险些在归德附近的朱集车站被擒。山东战场方面，5月下旬，石友三指挥主力主动出击，取得重大战果，但也没有乘胜追击，很快便陷入被动。
进入5月底，参战双方在豫东地区形成胶着状态，双方在兰封、民权、睢县、太康一线对峙。蒋介石来势凶猛的攻势被遏制，西北军和晋军稳住阵地。这以后西北军也进行过一些军事行动，但由于作战时间过长，西北军补给十分常困难，阎锡山为节约财力，保存实力，对西北军的供给严重不足，所以严重影响西北军的攻势。即使这样，西北军还是在极其艰苦的条件下，主动向中央军发动进攻，收获不小。
其中在7月11日，蒋介石正在柳河车站，阎、冯大军在陇海线发动局部反攻。晋军孙楚部在距柳河车站20公里的李坝车站，先后击溃中央军教导第二师张治中部和山东省主席兼总预备军团总指挥陈调元部。此时，孙良诚部推进到距离蒋介石所乘的指挥列车不足10华里处，异常危急，当时准备赶到津浦线曲阜一线作战的第一师一部，立即由胡宗南代师长指挥，跑步赶来增援，在菜油坊大战，将孙良诚部击溃，为蒋介石解围，救下蒋介石一命。
津浦线的战事开始比较顺利，在阎锡山的亲自指挥下，由前敌总指挥官傅作义指挥6个军外加3个炮兵团的晋军浩浩荡荡沿津浦线，朝山东开来。韩复榘作贼心虚，根本没有抵抗就放弃了黄河防线，退回南岸。5月31日，经蒋介石批准，为防止晋军渡河作战，拆毁黄河大铁桥。
在军事反蒋胜利进行的同时，以汪精卫为首的政治派别也在积极进行反蒋活动，与军事反蒋遥相呼应，汪精卫于6月1日发表通电，主张速开“中国国民党中央党部扩大会议”，解决党务问题，筹备召开“三全”大会。12日，发表《中央党部扩大会议之必要》一文，宣称与西山会议派、实力派妥协，以党治军，永绝内战，故要求军事领袖参加中央党部扩大会议，以共同负责。在北方各派，接受了汪精卫的通电精神，7月13日，在北平中南海开“扩大会议”预备会，并屡电催促汪精卫北上。
汪精卫原指望张发奎和桂军能在两广取得胜利，即可在广州开府议事，更为主动，事不遂心愿，张桂军兵败退回广西。同时，北方各派已经妥协，7月15日，汪精卫遂偕同陈璧君、顾孟余、曾仲鸣等人，由香港起程赴日本长崎，转赴天津，23日到北平后，立即表达了愿与地方实力派合作的态度。8月4日，汪精卫与阎锡山会晤于石家庄，商讨党政大计，经过六次会议，对汪精卫起草的“扩大会议”文件和常务委员人选、政府组织等，均取得一致意见。
1930年8月7日，“中国国民党中央党部扩大会议”在北平中南海怀仁堂正式召开，通过了宣言、组织大纲、中央政治会议规则，建立了组织机构。其宣言历数蒋介石变民主集中制为个人独裁；非法召开“三全”大会，指派、圈定代表；托名训政以行专制；人民权利、生命财产自由一无保障；使得党即不党，国亦不国等罪行。这次会议实际上是汪派与地方实力派的结合和利用，西山会议派只是敲敲边鼓而已。党务归汪精卫，军政归冯玉祥、阎锡山，是双方商定的分工。
“扩大会议”之后，紧接着组织国民政府，9月1日会议通过《国民政府组织大纲》，规定国民政府委员会由中央党部推定委员组成。同一天，“扩大会议”公布政府委员名单为：阎锡山、唐绍仪（本人未参加，亦未表示反对）、汪精卫、冯玉祥、李宗仁、张学良（本人未同意）、谢持7人，后增加石友三、刘文辉，共9人，阎锡山为主席。阎锡山久蓄心中的问鼎中原之志，离掌握最高权力终于只有一步之遥了。
3．蒋介石全面胜利
在这一系列的活动进行的同时，反蒋军事上的优势却在慢慢丧失。6月底7月初，蒋介石命令广东的蒋光鼐、蔡廷锴出师衡阳，陈济棠暂缓执行吞并广西计划，委派蒋光鼐为前敌总指挥，指挥他兼任的第六十一师、蔡廷锴的六十师和李扬敬的第六十三师，沿粤汉路向北进攻。6月10日破衡阳，第一方面军的后勤供养路线被切断，黄绍竑的第三路军也无法北上，第一、二路军军心大乱，无心再战，急忙退出长沙。又在衡阳附近遭到中央军、粤军、湘军围攻，第一方面军损失巨大，幸亏李宗仁、白崇禧的灵活指挥，余部得以逃回广西。桂张联军功亏一篑，前功尽弃，进入空前危机，多亏阎锡山感谢桂军出兵，送来40万元，才让桂军渡过兵败难关。
战局从7月中旬开始向有利于蒋介石方面的转化，蒋介石经过两个月来150余万大军的混战，决定改变军事战略，把原定的先打冯后打阎调整为先打阎后打冯，在集中力量打败津浦路上的晋绥军后，再集中力量收拾西北军。
在津浦线曲阜、兖州一线，傅作义部遭到激烈抵抗。蒋介石任命刘峙出任津浦线总指挥、贺耀祖为徐州行营主任，调整军队番号，命令王金钰为第十三路军总指挥、徐源泉为第十六路军总指挥、杨虎城为第十七路军总指挥、蒋光鼐为第十九路军总指挥，以及第二军团中胡宗南的第一师、马鸿逵的第六十师，蒋介石把这些部队全部集中曲阜、兖州一线，组织会战。8月1日，蒋军全线开始反击，傅作义下令全线撤退，逃往泰安、肥城一线。8月6日，傅作义部退出泰安。晋绥军在津浦线战场进入危机，只有请求冯玉祥出兵相助。尽管冯玉祥对开战后晋军的保守自为很是不满，但是为了倒蒋大局，还是组织了一定数量的兵力，替晋军解围。
冯玉祥亲自组织了八月攻势，这也是中原大战中倒蒋方面的最后一搏。西北军孙良诚、吉鸿昌部由睢县向宁陵，孙连仲部由太康向归德，孙殿英部由柘城向马牧集，陇海线的晋绥军向民权，石友三和刘春荣部向柳河，郑大章的骑兵部队向敌人徐州纵深方向袭击，宋哲元部为总预备队。8月6日各部开始行动，各有进展。蒋介石在徐州召开军事会议，已经准备全线后撤，先集中解决津浦线战事，后经杨杰等人分析：冯玉祥供给己经非常困难，进攻坚持时间不会很长，所以建议集中力量打击石友三部，并且认为正在大雨之中，西北军的攻势会自动停止。
果然如此，石友三部很快被击溃，蒋军正面防线稳定，滂沱大雨中的西北军不得不很快停止进攻。蒋介石见到风雨中西北军将士如此勇敢的作战，也深为感动，心想如此贫困的部队竟然作战如此勇敢，心中顿时萌生了几分爱惜之意，所以在中原大战的后期，蒋介石对付西北军主要采取了收买手段。此次进攻作战为时不长，西北军很快自动停止进攻，至此，战局已呈现出一片明朗。
在津浦线上，蒋光鼐的第十九路军已经兵临济南，8月14日傅作义部退出济南，张荫梧部也加入逃亡行列。败退途中突遇蒋军飞机轰炸，晋绥军官兵急于逃命，在过黄河时和过大汶口河时一样，因为河水猛涨而不知被冲走多少官兵，不少被冲散的晋绥军小部队，则被山东当地的民团解决。中央军和韩复集部到达黄河边，蒋介石一见傅作义部已溃不成军，下令停止进攻，由韩复榘主持后续事务和山东政务，固守黄河，其余部队转向陇海线，集中力量对付冯玉祥，以结束中原大战。
蒋介石结束津浦线战斗后，将重兵调往河南战场，在战略上进行了重大调整，由前阶段在陇海激战东段迎战西北军和晋绥军的主力，转向平汉、陇海线交叉结合部，重点突破北军的后方和退路。这一战略，因为阎锡山部可从豫北退回山西，而冯玉祥部退回陕西的退路被切断，西北军的末日来临。
中原大战的双方在军事上打的不可开交的同时，为了致对方于死地，双方都极力拉拢具有重要影响力的张学良。
中原大战开始后，国民党、国民政府的重要政治派别和军事集团，几乎全部投入大战，唯东北军例外。东北军有数十万人马，而且自成体系，武器、弹药自行生产、供给，海军、空军尤其是炮兵齐全。这支军队的倾向，对参战双方的胜负有决定性作用。交战双方竭尽全力争取张学良，张学良掌握的这支部队，支持太原或南京中的任何一方，都将致另一方于死地。
所以，中原大战炮声未响，电报论战开始之初，张学良就身价百倍，太原和南京各自派出代表前往沈阳、北戴河进行游说。张学良从东北利益考虑，对参加反蒋派不能不持慎重态度。蒋介石有充足的资本，拉拢张学良的价码比阎锡山高得多，6月间，南京政府特任张学良为陆海空军副司令，7月，任命于学忠为平津卫戍司令、王树常为河北省主席，等于把河北省和北平、天津二市划归张学良管辖。8月，任胡若愚为青岛市长、王家桢为外交部次长。蒋介石还运动英法公使对张学良施加影响，并贿以巨款。这些，都是汪精卫、冯玉祥、阎锡山难以做到、也不曾做的。
张学良对反蒋一方，没有恶意，也没有好感，但是阎锡山势力在平津地区的存在，却妨碍了东北军发展之路。平津地区是东北入关的桥头堡，自从张作霖时代就把控制平津地区作为东北军的头等政治大事，也是东北军向关内发展的头号目标，张学良对此十分清楚。二期北伐后，东北军失去了平津地区，如果让中央政府控制倒还可以忍受，可是让阎锡山控制则让人担忧。阎锡山把平津地区视为晋绥军的禁脔，绝对不可能拱手让给东北军。在拉拢张学良一事上，阎显然不及蒋舍得下血本。1930年元旦，阎锡山曾请西山会议派骨干邹鲁与张学良会谈。张学良应这位年长自己17岁的国民党元老的请求，同意在太原和南京的争夺中，保持中立。
确切地说，张学良保持中立，即是倒蒋一方的失败。在中原大战一触即发之际，张学良曾于3月1日发表通电，主张用和平手段解决问题，之后，太原和南京加紧了拉拢张学良的工作。中原大战开始后，阎锡山、冯玉祥任命张学良为中华民国军副总司令，但是张学良没有就职，他一方面在观察战事的发展，等待战争的结果，一方面在等待南京方面的报价。在他看来，大战双方势均力敌，各有优劣，因此只能等战场出现一边倒时才能表态，这是张学良的基本策略。
但是，中原大战进行到1930年的时候，倒蒋一方在军事上已经处于十分不利的境地，9日9时9分，阎锡山就任国民政府主席，但这已经是末日哀歌。而此时在北戴河的张学良，获悉南京方面已经开始全面反攻，谁胜谁负的态势明朗化，蒋军可以说是越战越勇，胜券在握。张学良知道表态的时机成熟了：如果表态过早，出现差错不好收回，会伤及自己；如果等蒋介石打败了阎、冯再表态，价值不大，蒋介石也不会看重；最佳时机就是在要胜未胜之际，不仅表现出自己的政治选择，而且还能出来收拾残局，抬高自己的身份。所以在张群再三追问何时出兵华北、从背后向倒蒋军进攻时，张学良非常策略地回答说：等你们拿下济南我就出兵华北。
倒蒋一方也加紧了对张学良的拉拢，汪精卫派出郭泰祺，阎锡山和冯玉祥派出孙传芳、贾景德、薛笃弼、傅作义先后去见张学良，进行最后游说，并在推举国民政府委员时也加上了张学良。无奈张学良根本心不在“阎”，即将垮台的“三军副总司令”和“国府委员”职对他就更没有吸引力了。到8月底前后，张学良决心已定，反蒋一方的代表无功而返。
9月17日，张学良对《大公报》发表谈话，表示：“现在民困已达极点，北方尤不宜再受兵祸，故余已不能不被迫而出于干涉，唯余之意，干涉非用武力耳。”同日，他下达了东北军入关的命令。9月18日，张学良发表通电，要求参战各方立即停止战争，他要求阎、冯部队听候中央处置。此后，于学忠指挥的第一军，王树常指挥的第二军，离开沈阳向关内进发。
张学良的表态和东北军的入关，反蒋派军事战线很快崩溃了，蒋介石、张学良忙着收编晋军和西北军的部队。
蒋介石乘胜追击，加紧了对反蒋联盟的进攻。月4日，阎锡山、冯玉祥联名发表通电，“即日释权归田”。南京国民政府答应给路费，诱逼他们出洋，但他们却都留在国内，阎锡山去了大连，冯玉祥隐居山西乡下。汪精卫则于11月1日偕陈璧君离开太原去天津，在天津发表一篇关于“扩大会议”始末的宣言，表示今后愿做在野派，向蒋介石表示屈服，之后南下香港。中原大战以蒋介石的全面胜利而告终。
四、促使东北易帜
1．张作霖的“对等议和”