同時，值得一提的是：在大本營擬訂北伐計劃的同時，唐繼堯由於個人利害關係，曾秘密命令留粵滇軍集結，隨他回滇與顧品珍爭地盤。孫中山屢勸不從，乃命李烈鈞動員滇軍將領拒絕唐繼堯的命令，留桂參加北伐。李烈鈞雖與唐繼堯有較深的交誼，但他忠實地執行了孫中山先生的命令，使滇軍中以朱培德為首的部隊繼續留在桂林，願為北伐效命。孫中山先生在桂林時，蘇聯使者馬林到訪，孫中山先生召集各將領請馬林講話，並提出了學習蘇聯的革命經驗的主張。當時有同意這種主張的，有反對這種主張的。胡漢民是公開表示不同意的一個。但我知道，李烈鈞是基本同意這個主張的。後來在廣州，蘇聯的顧問，還時常應李烈鈞的邀請，到李的家裏座談（雖然，李烈鈞很少公開發表過這樣的議論）。而胡漢民與李烈鈞之間，也有很多情感上和意見上不盡調協的地方。
一九二二年三月間，北伐正在積極準備，即將行動之際，廣東傳來了陳炯明不穩及鄧鏗被刺殺的消息。時將領中有的主張先回師廣東解決陳炯明，有的主張用政治方法解決陳炯明問題，繼續執行北伐計劃，李烈鈞的主張屬於後者。後來，孫中山先生根據第一個意見率領各軍東下梧州，後聞陳炯明背叛跡象未顯，乃於梧州召集各將領開會，李烈鈞極力附和廖仲愷的意見，主張改道韶關，繼續執行原定北伐計劃。孫中山同意這個意見，乃宣布以胡漢民為代帥，率領各軍由梧州向韶關集結。李烈鈞隨孫中山還廣州，根據具體情況重新修訂北伐計劃，部署軍隊。旋於同年五月間，大舉向江西進軍。孫中山則留在廣州，以解決有關陳炯明的向背問題（時孫中山先生已撤掉陳炯明廣東省長兼粵軍總司令職務），是為第一次北伐的開始。
第一次北伐是在胡漢民代元帥，李烈鈞參謀總長主持下開始行動的。參加的部隊有粵軍第二軍許崇智部，滇軍朱培德部，贛軍李明揚、賴世璜部，另粵軍的李福林部、黃大偉部、梁鴻楷部（黔軍穀正倫部在改道北伐時，已由桂林開返貴州）。部隊經南雄，出大庾，以破竹之勢，直薄贛州。北伐軍以許崇智部擔任正南麵攻擊，粵軍第一師梁鴻楷部擔任右翼攻擊，滇軍朱培德部擔任左翼攻擊，贛軍則沿贛江兩岸插入敵人後方，切斷贛州與吉安及南昌方麵的水上交通，置贛州之敵於四麵包圍之中。總共先後圍攻一個月，敵人突圍後撤，北伐軍乃乘勝追擊，直薄吉安。時李烈鈞於到達大庾之後，突患傷寒病，在大庾鴉山寺養病，病中仍繼續指揮作戰。
就在北伐軍前鋒到達吉安，南昌震動，北軍搖搖欲墜的時候，廣州突然傳來了陳炯明叛變，炮擊總統府，孫中山先生避上永豐艦，電令北伐軍回師平亂的消息。胡漢民當即召集各軍將領，開緊急會議於南雄。會上，李烈鈞根據江西省的具體形勢，認為贛州一戰，北軍實力已損，地方將領已有起而響應北伐軍的征兆，陳光遠部已準備逃離江西。因此，他主張繼續前進，先打下南昌，底定江西，然後以江西為根據地，回師廣東，既不致於功敗垂成，更可免兩失之弊。時附和這個意見有一部分人，但胡漢民、許崇智均主回師救粵為主，除留贛軍繼續保持現有陣地防止北軍反擊之外，其餘各軍即日回師韶關平亂。會後，各軍開始行動，僅李烈鈞病留南雄，指揮前進至吉安的贛軍李明揚梯團及隨粵軍在贛南作戰的賴世璜梯團。後來，由於陳光遠得北軍增援，進行反攻，我部被迫在吉安向南雄後撤。到南雄時，許崇智部在韶關與陳炯明部作戰失利，已退入贛南。朱培德則率隊由韶關退入湘西的臨武、藍山一帶（即朱培德脫離李根源時所退走的地區）。陳炯明部正向南雄前進，李烈鈞乃不得已帶領李明揚梯團（賴世璜梯團仍在贛南未返，後投降陳炯明）從南雄走坪石，準備追蹤朱培德部入湘西。至粵湘邊境，湘軍隻許李烈鈞本人率隨員過境，其餘部隊不準通過。陳炯明部銜尾追來，我與李明揚各帶一個支隊，被迫就地應戰。結果，李明揚的第一支隊在樂昌、坪石附近與粵軍謝文炳部接戰，因孤立無援，遂被繳械。我率第二支隊固守坪石九峰山的尉嶺關，為粵軍第一師梁鴻楷部陳修爵團（原參加北伐，後為陳炯明收買，倒戈叛變）追及，雙方形成對峙狀態。時我軍已絕糧，割生禾、毛豆充饑。後陳修爵親帶一名參謀到陣地上來找我對話說，梁鴻楷師長及李濟深參謀長叫我不要再打了，帶領部隊加入第一師吧。我在無可奈何之中，被改編為第一師第二團。原來的贛軍統編為第一營，準備李烈鈞回來時交還給他。至於李烈鈞本人，則從湖南去上海，直到孫中山先生第三次回粵時，才返回廣州。