吳佩孚以出色的間諜一戰，畫出了他軍旅生涯的美妙第一筆，不久，被派到北洋陸軍主力第三鎮。從此後，與民國八大總統之一的曹錕結下了不解之緣。
1906年春，吳佩孚在第三鎮出任督隊官（營副），不久被保薦到天津講武堂短訓。畢業後，回原部升為管帶（營長）。翌年，曹錕出任第三鎮統製（師長）。有一次，吳佩孚跟隨曹錕駐防吉林。期間，曹錕要用東北地區的地圖，整個統製隻有吳佩孚備有一張（為日俄戰爭時期自繪地圖）。由此吳佩孚引起了曹錕的關注。次年，吳佩孚調任炮兵第一營管帶。
1911年10月，辛亥革命爆發，各省紛紛宣布獨立。奉袁世凱之命，曹錕率第三鎮入關，擔負起天津、北京、保定一線京畿的防務。同月，山西新軍宣布獨立，曹錕受袁世凱指令，率軍攻打山西革命軍。隊伍即將行進至娘子關時，三標部分士兵在標統的帶領下欲起事反叛，被吳佩孚發現，即向曹錕秘密報告。此為吳佩孚第一次對曹錕的出手相救。不久，曹錕任命吳佩孚為標統，並升為上校。從此，吳佩孚成了曹錕的得力“幹將”。
1912年2月，袁世凱為了實現出任大總統的目的，指使曹錕帶兵往南京迎袁專使住處騷擾，最終迫使南京臨時參議院通電同意袁世凱要求，因此，曹錕在官道上青雲直上。隨著曹錕勢力的壯大，吳佩孚的官位亦不斷攀升。
北洋政府成立後，袁世凱將鎮改為師，標改為團。曹錕繼任第三師師長，吳佩孚繼為炮兵團團長，駐防南苑。次年，吳佩孚積極跟隨曹錕鎮壓“二次革命”，曹因功出任長江上遊警備司令。吳佩孚因升師部副長，駐防嶽州。
時袁世凱的心腹愛將湯薌銘以海軍中將都督湖南。一日，湯薌銘在長沙召集全湘名流會議，請師長曹錕致詞，曹錕不長於辭令，吳佩孚主動請纓解難。吳佩孚從湯薌銘督湘有方，受人敬仰。湯薌銘本人亦認為吳佩孚確是軍中奇才，隻惜其官階太低。會後，他便以湖南省督軍府的名義向曹錕發出公函：“……借調吳佩孚，來敝省主巡警旅軍政。如貴部認為必須交換條件，敝省一定酌情滿足。”既被湯薌銘看重，曹錕認為楚材晉用，不如楚弓楚得。吳佩孚即得曹錕器重，被提拔為旅長。吳佩孚深懷感激，誓死追隨曹錕，成為曹錕的心腹。
1915年8月，袁世凱就任大總統不久，便緊鑼密鼓地為複辟帝製著手準備，全國上下拉開了所謂“要求實行帝製，請袁世凱登基”的勸進序幕。他的倒行逆施，導致了護國運動的爆發。曹錕部被派往四川鎮壓蔡鍔護國軍。
此戰吳佩孚不僅取得了瀘州、納溪的勝利，而且還第二次救了曹錕性命。吳佩孚進攻納溪時，曹錕不幸進入了護國軍的高洞場包圍圈，在峽穀不足一裏的範圍內，其所帶的人馬所剩無幾，生命危在旦夕。聞訊後趕來的第十六混成旅長馮玉祥給出的解救方案，他全然不理，毅然率幾十名親兵冒死殺入重圍，將曹錕救出。曹錕感激萬分，誓與吳佩孚共進退、不離棄。旋而，即向袁世凱稟報了吳佩孚的功績，吳佩孚被授陸軍中將一銜。