“黄埔军”成了“救火队”
陇海线的战况虽然在陈诚、胡宗南等黄埔师生的努力下稳住了防线，但由于晋绥军和西北军部队不断投入，以致战局陷入僵持阶段。陇海线激战的同时，津浦线的晋绥军主力12个师、平汉线的西北军主力11个师也都发起攻势作战，负责指挥防御的韩复榘、何成浚节节败退。在此情况下，蒋介石陷入两难的境地，手头的“黄埔军”就那么一点点，该怎么合理地分兵增援两个战场呢？
经过分析考虑，蒋介石最终决定抽调3个师的“黄埔军”附杂牌军4个师又3个旅的兵力，由刘峙指挥增援韩复榘，抽调4个师的“黄埔军”以及5个杂牌师的兵力，由蒋鼎文指挥增援何成浚。奉调驰援津浦线的“黄埔军”分别是胡宗南的第1师、陈诚的第11师、钱大钧的教导第3师。陈诚命令所部不得休息，以日行军120里的速度急驰曲阜，以迅雷不及掩耳之势对包围曲阜的晋绥军发起突袭，一举解围成功。陈诚因此功绩被蒋介石赋予了临时负责津浦线全线防务的权力近一个月之久。
7月27日，蒋介石亲赴兖州召开军事会议，陈诚也在这一天将津浦全线的指挥权移交给刘峙。从8月1日起，陈诚指挥第11师根据兖州军事会议的决定投入总攻，他的部队先是迅速攻占晋绥军位于石莱的防御阵地，随后又将其主力击溃一路追击至大汶口的黄河铁桥。这次战斗，陈诚不仅打乱了晋绥军的整体防御部属，一路上还缴获了大量物资，就连晋绥军高级将领李生达的轿车也成了战利品。接着，陈诚又指挥第11师猛攻泰安，突破晋绥军名将傅作义部署的防线，其兵锋直指济南。
就在陈诚指挥第11师接连告捷的时候，胡宗南率领的第1师于8月11日参战。在投入津浦线战场之前，第1师在陇海线还遭遇了一个“小插曲”。当时全师正按照顺序乘坐火车北上，当部队只剩下第5团时，西北军孙良诚部正好发起了一次猛烈进攻，其所属骑兵部队于7月27日夜成功突破教导第2师的防线，直击位于油菜坊的蒋介石总司令部。在此危急情况下，还没有出发的胡宗南亲自督率第5团前往增援，经过一昼夜的激战，第5团成功将孙良诚部骑兵击退。胡宗南以此战保蒋介石平安，并造就了中原大战期间较为著名的一战---油菜坊之战。
第1师在津浦线正式参战后，胡宗南趁大汶河河水暴涨的机会从侧翼突袭晋绥军，迫使晋绥军名将李生达后撤，使陈诚的第11师从正面成功取得突破。接着，第1师又与友军在泰安与晋绥军3个师激战五昼夜，成功击破当面之敌，将张荫梧所部彻底击溃，为第11师长驱直入占领济南创造了条件。8月15日，第11师收复济南，同一天，蒋介石鉴于陈诚在中原大战中的出色表现，提拔陈为第18军军长。
“黄埔军”的总攻
“黄埔军”的适时投入，成功扭转了整个津浦线战局，迫使晋绥军由攻转守。与此同时，由蒋鼎文率领的9个师也抵达了平汉线战场。奉调驰援平汉线的“黄埔军”分别是顾祝同的第2师、陈继承的第3师、蒋鼎文的第9师和冯轶裴的教导第1师。
8月11日率部投入反攻，蒋鼎文亲自指挥第9师、教导第1师，以及附属的2个杂牌师作为右路，由顾祝同指挥第2师以及附属的3个杂牌师作为中路，由朱绍良指挥2个杂牌师作为左路，同时对西北军发起反击。战况十分激烈，经过七天七夜的战斗，双方各在付出惨重的伤亡后，终以西北军抽兵增援陇海线导致后援乏力，而被迫放弃进攻，双方随之停止恶战告终。
在这次激战中，蒋鼎文指挥的主力部队于8月13日凌晨在许楼、潭上、芒岗一线与西北军孙连仲部遭遇，双方随即展开激战。蒋鼎文为了成功取得突破，亲自到阵前督率第9师打冲锋，以伤亡2400余人的惨重代价突破孙连仲部防线，但也因伤亡较重，在西北军援兵抵达之后被迫停止攻势。蒋鼎文的增援虽然没能扭转平汉线的战局，但却以其果敢的指挥，成功遏止住了被誉为整个中原大战中反扑最为猛烈的西北军攻势，成功将战局转入到相持阶段。
为了取得新的突破，蒋介石于9月6日将位于津浦线的第1师、第11师，以及4个杂牌师调往平汉线。9月8日至11日，蒋介石命蒋鼎文指挥第9师、教导第1师，附3个杂牌师；刘峙指挥第1师，附7个杂牌师；何成浚指挥第11师，附5个杂牌师在陇海线和平汉线先后发起进攻。
9月18日，持中立态度的张学良终于表明立场拥护蒋介石，并出兵入关。此举使反蒋联军更加陷入被动。已经预感到形势不妙的阎锡山为保存实力，弃西北军和其他各路友军于不顾，密令位于陇海、平汉两线的晋绥军后撤，导致已经十分疲敝且补给中断的西北军等部陷入被动。
进攻开始后，“黄埔军”按照既定作战部署进展神速。其中第9师以“旺盛的士气”冲锋陷阵，率先在杞县取得突破，尤其是所属第26旅旅长李延年在作战时负伤不退，坚定所部官兵斗志，得到了蒋鼎文和蒋介石的先后嘉奖。另一方面，胡宗南的第1师从商丘向西南迂回穿插，成功截断西北军的后退道路，为主力部队重创西北军张维玺部并占领郑州奠定基础，其后西北军主力之一的张维玺被迫命令所部7万余人缴械投降。
10月6日，第11师攻占郑州，第9师攻占洛阳。西北军在陇海线平汉线全线溃败。此后蒋介石命“黄埔军”尽数投入追击作战，阎锡山、冯玉祥等先后通电下野。至于由广西试图北上的李宗仁、张发奎所部，则在何键湘军和陈济棠粤军的前后夹击下于湖南战场伤亡惨重，不得不退回广西。蒋介石自此取得了中原大战的胜利，并奠定他在国民政府中的绝对领导地位。
“土木系”和“黄埔系”
陈诚，在中原大战中最出风头，是实打实凭借战功当上军长的，有此职务，为他扩编部队提供了基础。陈诚以自己的第11师作为扩编基础，逐渐由第18军至第15集团军、由集团军至第6战区，再由战区至军政部长、参谋总长、国防部长。而陈诚所扩张出来的派系也据此被称之为“土木系”，其中的“土”即是“十一师”，“木”即是“十八军”。
胡宗南在中原大战中表现出色，大有成为黄埔学生领头羊之势，但第1师也在接连作战中伤亡惨重。胡宗南在战后干脆借机调整人事，对与自己交好的、听命于己的同学大加提拔和任用，不仅使自己稳坐第1师师长之位，更是以该师为基础扩编为第1军，此后又以第1军扩编为第17军团，以军团扩编为第34集团军，再至第1战区、西安绥靖公署，终于成为占据一地的“西北王”。由于胡宗南依托他的同学和学弟逐渐发展壮大，所部军官也大部是黄埔出身者，因此他所发展出来的这个派系又被称为“黄埔系”。
刘峙、蒋鼎文、顾祝同、陈继承等黄埔教官也都得到升迁和嘉奖，他们虽然最终没有发展出一个大派系，但也都拥有自己的小团体，且都位极人臣，成为地方大员，至于蒋介石的学生李默庵、李延年、霍揆彰等人，也都在此后的仕途中不断得到升迁，且都成为集团军总司令一级的高级将领，成为抗日战争中的中坚力量。