1918年9月，段祺瑞任命张作霖为东三省巡阅使，任命张作相为巡阅使署总参谋长，后改为巡阅使署总参议兼任二十七师师长和卫队旅旅长。翌年2月，张作霖为壮大军事力量，将原来东三省讲武堂改为东三省陆军讲武堂，特派张作相兼任堂长，主持校政，同时还让他兼任奉天的警备司令，充分体现了张作霖对他的极度信任。也是在此时，张作相开始精心培养、照顾在讲武堂学习的张学良，并举荐他代替自己接任巡阅使署卫队旅旅长一职。

　　张学良在奉军的迅速崛起，暗地里得益于有他爸在背后撑腰，明着在台前唱戏的却是张作相。在这一点上，张作相深刻领会到张作霖的意图，哪有当爹的不惦记自己儿子的，张作霖有好处自然时时处处想着张学良，但是碍于情面，做事必须掌握好分寸才好服众。张作相从旁人的角度提携扶持张学良，马屁拍得恰到好处。他在盟兄弟中排行第八，张学良称其为老叔，张作相为侄子说话也不失身份。晚年张学良说过，他在东北军能够短时间内就到了那么高的位置，不是因为他爸爸特意的关照，全仗着老叔张作相的帮忙。当然，说到底，张作相之所以帮忙，看的还是张学良他爸的面子，张作霖想说的话、想办的事，都由张作相想到了、办到了，他这么做，父子两人心里都会感激他。

　　在张作霖的几个盟兄弟中，论资历、能力，张作相都不是最出色的，他之所以能够后来居上，成为奉军的辅帅、第二号人物，关键在于他的为人、他的情商。出身绿林，张作霖的几个盟兄弟都没有什么学问可言，也不需要学问，张作相超出常人的地方除了对张作霖忠心不二之外，最重要的一点是他没有野心。对权位，他不贪不占，总能保持头脑清醒。

　　在张作相从政的生涯中，至少有三次主动辞却职位的升迁，在东北军赢得了良好的声誉。

　　1919年8月张作相任第27师师长后，张作霖感到张作相离开自己身边，工作起来有许多不便。不久，就任命他为东三省巡阅副使。张作相以位高权重为由坚辞不就，于是改任他为东三省巡阅使署和奉天督军署两署总参议。

　　1921年初，黑龙江省督军孙烈臣转任吉林省督军，张作霖让张作相去当黑龙江省督军，当即被他婉言辞却，张作相还建议让第29师师长吴俊升出任。他说：“论资历我不如兴权（吴俊升字），论年龄他也比我大。为表示待人公正，不徇私情，请让兴权先升任。这对我们的前途和事业有好处。”

　　1921年5月30日，北京政府以大总统令，特命东三省巡阅使张作霖兼任蒙疆经略使，“各该特区都统，均应归该经略使指挥节制”，并将原热河都统姜桂题撤职，由奉系派员充任都统。张作霖拟派张作相继任，但张作相仍执意不肯，并极力推荐28师师长汲金纯为热河都统。