东北易帜也触动了另一方势力。七月底的时候，蛰伏居住于天津英租界静园的清朝末代皇帝爱新觉罗溥仪在日本人的支持和怂恿下（原本溥仪退位后，被北洋政府安置在紫禁城，过着没有国土的小朝廷生活，但在第二次直奉战争期间，冯玉祥率军入京并发动“北京政变”，把溥仪等满清皇室和众遗老遗少们都赶出了北京紫禁城），隐隐地重燃“复辟大清”的念头；另一方面，由满清皇室顽固分子组成的、目的为保住满清统治和复辟满清的“宗社党”也得到了日本人的支持。日本人是因为看到张学良油盐不进，根本不愿意成为日本人统治东北的傀儡，因此部分日本高层打算帮助满清皇室在东北复辟，从而取代张学良的奉系势力，成立受控于日本的东北傀儡政权。7月28日这天，溥仪的“帝师”陈宝琛、朱益藩、罗振玉亲自来到沈阳，对张作霖的去世表示哀悼，对张学良表示慰问，并送来“御笔”挽联。陈宝琛在暗地里给张学良一封溥仪的亲笔信，同时，溥仪的一名遗老臣属商衍瀛也在沈阳秘密活动，拜访张作相、张景惠、杨宇霆等人并送上礼物等等。张学良其实不用看也知道溥仪的信里写的是什么，无非是很隐晦地要求自己帮助溥仪在东北复辟清廷，然后给自己封官许愿什么的。实际上，这位逊帝溥仪和张学良也有私交，溥仪的弟弟溥杰和张学良关系非常不错，但张学良也不可能为了那些空头支票而成为第二个张勋的，因此他根本就没有理睬溥仪所谓的“合作条件”。
八月初，又一件节外生枝的大事发生了，那就是直鲁联军的反叛。
此时张学良在名义上的部队，除东北嫡系的奉军外，还有直鲁联军、吴佩孚残部、孙传芳残部等北洋军阀各路残余部队。直鲁联军是当初在第二次直奉战争时期，张作霖命令张宗昌和褚玉璞率领一部分奉军入关参战，并随后让张宗昌担任山东督军，让褚玉璞担任河北（直隶）督军。两人在河北山东两省境内收编了大量直军，又在驻扎河北山东期间在两省境内大肆扩军，形成了一支附属于奉军但半独立的新式军阀势力，总兵力曾达到十余万，但经过和北伐军的多次激战，再加上张宗昌和褚玉璞治军残暴，使得部下出现大量逃兵，因此直鲁联军眼下已不足五万人。本来直鲁联军装备低劣、弹药匮乏，不足以发动反叛，但近日来在暗地里却得到日本人的大力支持，从而实力大增。张宗昌对张作霖确实颇为忠心，得知张作霖的死讯后，张宗昌十分悲痛，感到手下的这五万部队不知何去何从。直鲁联军此时盘踞于津东冀北的滦县、唐山等十二个县，在热河易帜后，张学良打算下一步便是把津东冀北这块奉军在关外最后的地盘也交给国民政府，但这极大地触怒了张宗昌。张宗昌本来就极力反对易帜归顺，因此拒绝把这十二个县的地盘拱手让人。北伐军内的白崇禧曾打算联合张学良一起消灭掉直鲁联军。但张学良听取了张作相的意见，希望和平改编直鲁联军，先后两次给了张宗昌40万大洋的遣散费，让他把手上这号称七万大军、实则不足五万的人马缩编为三个师、两万兵力，然后再出关到东北境内加入奉军。张宗昌认为张学良这是在乘机削弱自己的实力，大骂张学良“不讲义气”，拿了钱后不但没有缩减部队，反而提出各种要求：让直鲁联军立刻出关，长期驻扎黑龙江省，并由张宗昌担任黑龙江省保安司令（张宗昌以前在张作霖手下时曾在黑龙江省担任过军职），索要更多的番号和巨额军费，试图把黑龙江省变成直鲁联军在关外的独立王国。对此，张学良自然严词拒绝。张宗昌自我感觉自己曾是大帅的心腹大将，现在却被这个少帅如此轻视怠慢，因此恼羞成怒，再加上日本人也在旁极力唆使，张宗昌和褚玉璞便在8月2日正式发动了反叛，声称“为大元帅报仇，保住东北的基业不被败坏沦丧”。
张学良对张宗昌的叛乱早有提防，因此接到消息后，立刻联系率部驻扎于天津塘沽一带的白崇禧，约定双方合作，消灭直鲁联军，白崇禧欣然应允。奉军方面，战事由杨宇霆指挥，奉军胡毓坤部、丁喜春部、于学忠部、王树常部、戢翼翘部、富双英部等十余万早有准备的部队即刻投入战事。8月6日，直鲁联军第四军军长刘本利因为对张作霖十分忠诚而不愿意叛乱，开战后立刻临阵倒戈，率部投降了奉军，致使直鲁联军实力大损、士气大减，再加上白崇禧部也奋力作战，因此到了15日，直鲁联军便被消灭殆尽，降者遍野。张宗昌和褚玉璞在最后关头，乘坐飞机逃往关东军盘踞的大连，随后乘船东逃至日本。张学良通过蒋介石而和白崇禧达成协议，战场上的直鲁联军的俘虏和投降官兵都交给奉军处理，地盘交给国民革命军。直鲁联军被击毙五千余人，投降和被俘四万余人。张学良命令于学忠处理直鲁联军俘虏，保留俘虏里的精壮老兵两万余人，由刘本利作为新的总指挥，率部出关，进入热河境内并加入奉军，其余的两万多人全部发放路费原籍遣散。随后，原先直鲁联军盘踞的津东冀北十二县也实行了易帜，奉系彻底失去了关内的最后一块地盘。
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