吉鸿昌在冯玉祥的军队里历经沙场征战，虽然战功辉煌，但他看见帝国主义支持下的军阀混战连年不断，心情十分沉重，忧国忧民之心日增无减。
1924至1927年，在中国大地上爆发了一场席卷全国的革命运动。这场革命运动声势之浩大，发动群众之广泛，在中国近代史上是前所未有的，人们通称它为中国“大革命”。以推翻帝国主义和北洋军阀在中国的统治为目标的大革命是一场民族民主的大革命。冯玉祥原是直系军阀吴佩孚的部属，他在大革命高潮的推动下开始倾向革命。在第二次直奉战争中，冯玉祥暗中酝酿倒戈反直，发动了“北京政变”。这时，吉鸿昌任第11师22旅43团的一个营长，参加了“北京政变”中驱逐溥仪及清皇室出宫等行动。冯的倒直及倾向革命，沉重地打击了北洋军阀的反动统治，深为北洋各实力派所忌恨，各帝国主义也不断地向其施加压力。1926年1月1日，冯玉祥在英、日等帝国主义及张作霖、吴佩孚奉直两派军阀的压迫下通电“引退”，后赴俄游历。
1926年7月，北伐战争在“打倒列强，除军阀”的雄壮口号中正式开始，北伐军在两湖战场很快取得重大胜利。北伐胜利进军，给冯玉祥很大的影响。
9月15日，冯玉祥由苏联回国。在共产党人的推动下，冯玉祥联合国民军第二军、第三军，组成“国民军联军总司令部”，出任总司令兼第一军军长，响应北伐。9月15日在绥远省的五原誓师，发表宣言，接受革命的三民主义，主张反对帝国主义和封建军阀，提出“平甘援陕，联晋图豫”的战略方针，任命吉鸿昌为第2师36旅旅长，去解西安之围。此时，吉鸿昌虽不在五原，但他得知消息后，立即召集部队，宣讲孙中山的三民主义和联俄、联共、扶助农工的三大政策，并率部参加北伐。11月25日，吉鸿昌率部长途跋涉赶至西安城郊，与友军一起，将围困西安8个月之久的镇嵩军刘镇华部团团围住。当时天寒地冻，部队缺粮少弹，士气很低。吉鸿昌见此情景，立即从司令部走进战壕鼓舞大家说：“北洋军阀祸国殃民，是人民的敌人，而刘镇华是北洋军阀的走狗，被围在城里的人正等待着我们去消灭他。”说罢，立即脱下棉袄，和士兵们一起在战壕里挨冻，大大鼓舞了士兵们的斗志。经过三天激战，刘振华一败涂地，向临潼、渭南方面溃退。11月28日，西安之围被解。吉鸿昌率领第36旅所取得的胜利，受到人民群众的赞扬。当时民间传诵有这样的歌谣：“城里两只虎（指李虎臣、杨虎城），不如西来一只鸡（鸡是吉的谐音）。”
1927年4月，武汉国民政府决定将国民联军改名为国民革命军第二集团军，任冯玉祥为总司令职。吉鸿昌所部扩编为第19师，辖55旅张印湘、56旅徐福胜，直属队辖手枪队、骑兵连、工兵营、迫击炮营，吉鸿昌任师长，归孙良诚指挥，由潼关出发继续北伐，会同国民革命军其他友军进攻河南。吉鸿昌率所部一举攻克洛阳，继又占领北县，与奉系军阀沿黄河南北形成对峙局面。这时，正值黄河汛期，河水暴涨，当地流传着“黄河天险水深暗流多，从无英雄夜间渡黄河”，使许多官兵望而生畏。但是，在侦知敌情后，吉鸿昌果断地说：“敌在对岸把守，我们只有趁敌不备，立即强渡黄河！”他派人四处搜寻船只，但渡河船已全部被敌军破坏，无一只完好。他即令士兵们全部出动搜寻材料，集中由工兵连制成一只只大木筏。他集中部队，号召士兵参加“夜渡黄河敢死队”，自任队长。木筏扎好，吉鸿昌将三百多名敢死队员带到江边，动员说：“奉军在黄河那边欺压老百姓。我们是敢死队，不怕死。要夜渡黄河，早日消灭他们！我是队长，给你们带路。兄弟们，跟我上！”说完，他将衣服一脱，大刀往背上一插，手枪往武装带上一别，纵身跳进波涛滚滚的黄河里。敢死队员见师长身先士卒奋不顾身，十分感动。吉鸿昌站在齐腰深水中，推着空油桶划水前进，敢死队员紧紧跟上。在炮火掩护下，他率敢死队用空油桶和木筏连夜渡过黄河，迅速占领了滩头阵地，以迅雷不及掩耳之势，将黄沙峪渡口奉军哨所包围缴械。据俘虏供称，营部仅距此三里。先锋部队当即前进端掉奉军营部，俘虏营长，命令其所部放下武器。吉鸿昌得知进展顺利，于是令前锋团乘胜追击，立即向温县挺进。前锋抵达温县，奉军望风而逃。吉鸿昌命令部队继续向焦作方向追击，并将战况电告孙良诚。孙复电指责吉鸿昌轻率渡河，影响方面军整体作战计划，并令渡河部队迅速撤回。
吉见复电后说：“部队既已渡河，决无撤回之说，只有将渡河经过速报冯先生”。冯玉祥得知19师已渡过黄河，进展顺利，遂大为振奋，复电嘉奖，并发给19师奖金一万元。
此役后，吉鸿昌亲自手书“天堑飞渡”4个大字，在黄沙峪渡口刻石立碑以作纪念。还让参谋长题跋说明渡河经过：“奉贼祸豫，屯集河北，吉公世五，7月3日夜于黄沙峪渡河，贼披靡。大城傅同善谨识。”
渡过黄河后，吉鸿昌命令所部主力一律换上奉军军服，截乘一列火车，连夜赶往新乡。经过奇兵出袭，于7月4日天亮前全歼守敌，占领新乡。他又协同友军攻占了安阳、沁阳，奉军大败而逃。由于吉鸿昌智勇兼备，连战皆捷，被冯玉祥通令嘉奖，他所率领的19师被誉为“铁军”。当时，在北伐军中曾有这样的歌谣：“十九师打，第二师看，十八师跟着吃洋面。”
吉鸿昌的政治表现和19师的威名遭到了西北军中一些人的忌恨。孙良诚本就因吉鸿昌自作主张渡河，接令后拒不撤回还越级上报之事对吉颇为恼怒，现如今吉部如此招摇，更让孙良诚视为狂妄之举。而吉鸿昌却说：“我借此以励士气，我就指着打个胜仗，决不因他人之爱憎，令我有所变更。”1928年，孙良诚借故取消19师的番号，将吉鸿昌调到北平陆军大学特训班学习。面对着革命事业被排挤和出卖的现实以及蒋介石在“济南惨案”中的可耻表现，吉鸿昌苦闷悲愤日盛，暂归乡里。
1927年10月上旬，直鲁联军徐源泉军占据兰封车站，开封受到威胁。吉鸿昌率19师进攻该敌。经过3天拉锯战，吉部旅长张印湘、团长吴金堂先后受伤，营长以下官兵伤亡惨重。直鲁联军一营兵力，冲破吉军前沿阵地，直向吉鸿昌的师部冲来。当时师部仅有手枪队百余名，危急时刻，吉鸿昌立即脱掉上衣，手持大刀，高呼：“走，跟我冲上去！”。手枪队官兵及师部的参谋、副官等人，见师长已经赤膊提刀上阵，大家也纷纷脱下军衣，紧随着吉鸿昌，挥刀发起反冲锋，经过血战，将突入之敌击退。
当晚，吉鸿昌留在一线指挥手枪队，向战斗紧张方向反复发起反冲锋。还分别给各团、各营长打电话说：“谁告急谁是孬种，只有死拼！”经过彻夜激战，才将战线稳定。第二天，韩复渠部队攻占李坝集，直鲁联军放弃兰封车站，向东北方向撤退。
1927年11月中旬，第二方面军奉令向山东进军，第19师为先遣部队抵达曹县城下。曹县城高池深，护城河堤形成外廓，直鲁联军张宗昌部姜明玉防守县城。
第二方面军到达曹县后，孙良诚令第2师包围城西、南面，第19师包围城东、北面并负责攻城。11月下旬，开始攻城，姜明玉军依托城墙顽抗，19师伤亡惨重而无进展。12月上旬，吉鸿昌派大刀队夜袭东北两关，迫敌退入城内。12月中旬，19师再度攻城。吉鸿昌在北门外亲自指挥，右臂中弹受伤不退。19师所部几度攻城，久攻不克，伤亡巨大。士兵相与曰：“跟着吉师长，样样全好，就有一样，活不长”。
吉鸿昌鉴于两度强攻不克，决定采用坑道爆破。凭借地形掩护，在北关外挖掘地道至城墙根，将炸药装置完毕，选拔士兵百余名编成攻城奋勇队。攻城前，吉鸿昌集合奋勇队亲自训话：“轰城之时，奋勇队应不顾敌火，向城上崩陷缺口处猛冲。到达城上，分向东西两方向发展，占瞰制之利，控制全城。奋勇队上城后，汤团紧随入城。”12月下旬某日拂晓，随着轰隆一声巨响，城墙崩陷数丈，奋勇队趁硝烟弥漫之际，向城上猛冲。姜明玉军企图封锁突破口，但为时已晚。19师各部源源入城，姜明玉军眼见大势已去，缴械投降。
