进入黄埔军校四期和林彪、张灵甫同届，因身体原因险些被劝退；带病誓师北伐一路高歌猛进，不料却奉命来到西北成了冯玉祥的少将主任；跟马鸿逵打交道的日子并不好受，最后带领“马家军”杀到西安城下；“西安解围”后卷入军阀混战，又只好单枪匹马去收编军阀刘镇华。
1924年，国共两党第一次携手合作，从此，国民革命风起云涌。就在这时，孙中山先生高瞻远瞩，视“教育为神圣事业，人才为立国大本”，在广州亲手创办了一文一武两所学堂——国立广东大学（今天的中山大学）和黄埔军校。
黄埔军校建校时的正式名称为“中国国民党陆军军官学校”，因其校址设在广州东南的黄埔岛，故称“黄埔军校”。黄埔军校建立的目的是为国民革命军训练军官，后来那些学员都成了国民政府北伐统一中国的主要军力。1946年行宪之后，国民党政府名义上移交军队于国家后，黄埔军校就改名为“中华民国陆军军官学校”。
黄埔军校是孙中山先生在中国共产党和苏联的积极支持和帮助下创办的，是第一次国共合作的产物，充满着反帝反封建的热烈气氛。作为中国现代历史上第一所培养革命干部的新型军事政治学校，其影响之深远，作用之巨大，名声之显赫，都是始料不及的。
1925年秋，广东处于革命高潮，成了中国革命的中心。党组织决定选派刘志丹等人去黄埔陆军军官学校学习。这时，刘志丹中学尚未毕业，榆林中学不准其退学，他的家庭也希望他中学毕业后再去。但刘志丹认为“虽有文事，必有武备”，他的心早已奔向当时的革命中心——广州。于是，他就说服家庭，冲破校方的阻拦，断然离开榆林中学，绕道山西，经北京、天津乘船南下，到达上海，在当年冬天到达了广州。翌年初，他进入黄埔军校第四期步兵科第一团第二连学习，不久转入炮兵科。黄埔军校这一期的学员中，出了很多厉害的人物，林彪和张灵甫都是刘志丹的同学。
刘志丹到校后，眼界为之一新，结识了政治部主任周恩来，政治教官恽代英、萧楚女，政治部宣传科长王懋廷，政工干部王尚德及留校工作的第一期学员陈赓、唐澍等。在党组织的教育和同志们的关怀下，刘志丹刻苦学习，严格训练，政治上也十分活跃。但是，由于刘志丹是北方人，对南方饮食和气候一时不适，曾一度身患重病，这时医生竟然劝他休学，但刘志丹以坚强的意志留了下来，病情稍微好一些就仍坚持学习，出操训练从来不曾懈怠。
1926年7月9日，广东国民政府兴兵北伐，十万国民革命军誓师出征。这一天，刘志丹虽然身体不适，仍然带病坚持参加了北伐誓师大会，然后随着北伐军的东路军一路北上，从福建打到了江西吉安。就在这时，刘志丹突然接到命令，要他马上赶回广州，去北方执行新的任务。
原来，早在一年前的1925年，北方爆发了一场军阀大混战，张作霖、吴佩孚合伙打败了冯玉祥，把冯玉祥的国民军赶到了绥远。冯玉祥被迫下台，跑到苏联考察去了。他在苏联住了三个月，到处参观访问，开了眼界。就在这时，北伐战争势如破竹，正是用人之际，中国共产党创始人和领导人之一的李大钊同志就希望冯玉祥能重新回国参加革命，不要再在国外逍遥自在。于是就在1926年请国民党元老于右任先生去了苏联，专程邀请在苏联参观访问的冯玉祥将军回国参加北伐。李大钊还给冯玉祥提出了“进军西北，解围西安，出兵潼关，策应北伐”的方针，并以此和冯玉祥将军签订了协议。
冯玉祥见国内革命形势高涨，人心所向，大势所趋，再走老路不行了，因此就打算回国整顿旧部，成立国民联军，归顺广东国民政府。于是在于右任先生的劝说下，有感李大钊的诚意，冯玉祥在1926年9月从苏联回国后，和于右任先生一道在共产党人刘伯坚、史可轩、邓希贤（邓小平）等同志的帮助下，成立国民联军。9月17日，冯玉祥在绥远五原誓师参加国民革命，配合北伐，出兵援助陕西的国民革命军。这时，他就向广州革命政府提出要求，请求给他的军队增派一批军事干部，帮他主持军务。当时组织上在物色干部人选时，考虑到刘志丹是陕西人，各方面又表现出色，就把他给选上了。
1926年10月初，刘志丹从黄埔军校毕业后，就奉命和王尚德、唐澍等十多名师生赶到冯玉祥的国民联军总部从事军政工作。
接到命令后，刘志丹等人立即整装起程。他和十几名黄埔军校的毕业生，一个个身穿深黄色呢子军大衣，脚蹬马刺长靴，全副武装，一路水陆交通兼用，如期赶到了绥远的五原县，来到国民联军总部报到，并且见到了联军的苏联军事顾问团。到了冯玉祥的国民联军总部后，刘志丹被授予少将军衔，分到国民联军政治部工作。从苏联回国的总政治部主任刘伯坚一见到刘志丹，就觉得他精明强干，决定把他派往西安国民联军驻陕总部任组织科长，负责整顿和改造部队，调整地方行政官吏。
当时，西安方面的战事很是严峻，固守西安的西北军杨虎城和李虎臣的军队正处在吴佩孚大军的包围之中。冯玉祥就亲自率领一部分军队，取道宁夏、甘肃，开往西安前线。这时，刘志丹也带着驻陕总部的人马，前往陕西三原开展工作，因为驻陕总部当时就设在三原市，他和冯玉祥的大军就暂时分开了。
刘志丹带着总部的人马，越过长城，一路南下，沿路受到热烈的欢迎。一路上旌旗猎猎，戎马倥偬，刘志丹不由得想到当年作为榆林中学的代表到三原参加陕西学联大会的情景，禁不住心潮澎湃。那时，自己还只是一名对革命充满激情和好奇的中学生，今天却是一名人在征途、身负重任的国民革命军人。
那一天，刘志丹和总部的人马路过他熟悉的榆林城，受到了当年榆林中学那些同学的热情接待。当年那些熟悉他的同学听说刘志丹回来了，都跑来看望。大家见到一身戎装、肩披少将军衔的刘志丹，都不由得感叹欷歔，自然就想起了刘志丹当年在榆林中学领导学生运动的那些日子。刘志丹见到这些老同学后也格外亲切，抚今追昔，往事历历，感慨万端。
这一次在榆林城，刘志丹又见到了陕北的“土皇帝”井岳秀。井岳秀这个小军阀本来就是一个随风倒的人，哪边势力大，就往哪边歪，这时竟然也变成了欢迎国民联军的人。为了表示他的一番“诚意”，还摆了宴席，为刘志丹一行人接风洗尘，极尽奉承之能事。其实就在四个月前，井岳秀刚刚接受了大军阀吴佩孚的封赐，就任“陕北护军使”。这时他见国民革命军人多势众、兵强马壮，又担心吴佩孚那边靠不住，就自称是国民革命军。不过，他暗地里还是脚踏两只船，命令部下制作了两面旗帜，雕刻了两方官印公章，各尽其用，两头敷衍。
在那一次宴席上，国民联军总部的代表就督促井岳秀立即出兵，参加解西安之围的战役，但是井岳秀却推说缺粮、缺饷、缺弹药，一味叫苦。这时的刘志丹再也不是当年榆林中学的学生会主席，而是堂堂正正的国民联军驻陕总部组织科少将科长。刘志丹当然深知井岳秀首鼠两端的本质，就在宴席上对井岳秀义正词严地进行劝告，向他讲清楚了当前的革命形势，晓以利害。通过刘志丹一番软中带硬的劝说，井岳秀才勉强答应临时拨出一个旅，听从驻陕总部调遣。事后，他本人也虚张声势，摆出南下的架势，传令南路各县，张贴红纸标语，修理房屋，装点行辕，蒸上馒头，备好牲口，准备迎接他的大军过境。
可是后来，当刘志丹他们南下到了铜川县时，见一路上那些红纸标语都褪了颜色，蒸熟了的馒头都长了毛，也没有听说井岳秀的兵要开下来。刘志丹不由得暗暗骂道：“井岳秀真是一只老狐狸，所有的承诺都是虚晃一枪，做做样子。”
离开了榆林城，刘志丹一行又继续向三原市进发。到了三原市，只见街道两边站满了欢迎的人群。让刘志丹没有想到的是，在欢迎的人群中，竟然有分别多时的魏野畴老师。这时，魏野畴老师也是一身军装，站在人群中向他挥手致意。原来魏野畴现在就是国民联军驻陕总部的政治部主任，而刘志丹就是到总部任组织科长，就是在魏野畴的手下工作。没想到师生两人这时竟然变成了上下级关系。
师生团聚，自然有说不完的话。魏野畴告诉他，自己是由党组织派遣，代表共产党方面，出面联络陕军首领杨虎城、李虎臣二人，要他们坚守西安，拖住吴佩孚的后腿，使他不能集中兵力跟北伐军作战。杨虎城当时是国民军第三军三师师长，一向反对北洋军阀，如今得到革命军的帮助，又得到了老百姓的支持，便和李虎臣奉冯玉祥之命坚守西安。这就是当时所说的“二虎守西安”。
当时，陕西省共产党组织也派出了大批党员，到军队、市民和农民中做宣传组织工作。魏野畴担心西安孤城难守，便带领一批学生转到乡下，一面开训练班，训练革命干部，一面引导学生深入农村，发动农民跟敌人斗争。
魏野畴对刘志丹说，陕西的革命形势发展得很快，临潼、蒲城、富平和栒邑等县的农民都发动起来了，十天半月就结队“交农”。在陕北一带的农村，“交农”也称“缴农”，就是把农民组织起来，大家一起来上交家中的农具，采取不种庄稼的示威方式，求得政府当局减轻税收、少收粮食。这种斗争方式是旧中国农民的无奈选择，也是农民阶级为了维持最低生存权的一种心酸的抗争。
魏野畴还告诉刘志丹说，渭河两岸的农民群众在采取“交农”的斗争方式之外，还勇敢地拿起了锄头镰刀，已经在和那些基层的地主民团进行斗争了。整个陕北大地就像是布满了干枯的柴草，只要有一点革命的火星，就能成燎原之势。
刘志丹一听，心里又兴奋又激动。他说：“魏先生，不，魏主任，根据现在这样的形势，你看咱们的组织工作，应该如何下手？”
魏野畴笑着说：“志丹，为什么要叫我主任呢？难道我现在就不是你的老师了吗？我看现在要做的，就是快刀斩乱麻，各方面都要派上咱们的人，深入农村基层，把广大农民发动起来，组织起来，把他们自发的斗争变成自觉的斗争。”
刘志丹点了点头，觉得魏野畴很有眼光。两人一合计，就开始工作了。当时驻陕总部就设在三原城内的一个大院里，魏野畴在正房里办公，刘志丹在另一间房间，两个人在一个屋檐下工作，几乎是朝夕相处。按照魏野畴的指点，刘志丹拟定出了行动计划，把政治部的人员进行了分工。那些人有的被派到农村去做“农运”工作，去跟各地农民团体、红枪会、“硬肚”联系，有的人被派到军队里去整顿军队，还有一些人被派到各县去整治政务，把那些贪赃枉法的反动县长和下面的办事员清除出县政府，并顶替那些人做好本县的工作。刘志丹自己就带着一些人去了国民联军的军队，帮助他们整理军务。
但是，当刘志丹来到三原当地的驻军一看，不由得直摇头。这些军队本来就是旧式队伍，自从吃了败仗后，散伙的散伙，倒戈的倒戈，剩下的残兵败将退到绥远一带，一团不过一两百人，一旅不过两三百人，军队建制不全；士兵们也都是衣不遮体，器械残缺，手中拿的那些枪支有的断了背带，有的没有枪托，有的少了刺刀，有的丢了子弹袋；那些当军官的又想趁乱扩充自己的实力，就派人去抢人家的枪，夺人家的人，经常互相火并，死人的事经常发生；那些士兵们没有人给他们发粮饷，没吃没喝没穿没钱花，就去抢老百姓，拿着枪去砸明火，弄得兵匪不分。刘志丹心想，真是个烂摊子！这样的军队怎么能够打仗啊！于是，他就和手下人一起，找到那些当官的，着手军中整顿。
刘志丹的整顿工作刚理出个头绪，西安城战事又忽然紧张起来。吴佩孚怕国民联军打出潼关，就命令他的手下刘镇华加紧攻城。当时刘镇华手下有几万人马。早在1925年秋，直奉军阀联合进攻国民军时，刘镇华看到时机已到，就立即赶往天津和岳阳，先后见到了张作霖和吴佩孚，重新投靠了直奉军阀，被任为豫陕剿匪总司令。他召集镇嵩军旧部及民间武装数万人，沿陇海线西段东进，攻击国民二军岳维峻、李虎臣部。1926年初，刘镇华在陕州、灵宝一带，联合直、奉、阎部，将国民第二路军击败，乘胜率七万大军，迅速通过潼关，于4月15日进抵西安东郊，准备入城。这时，刘志丹接到总政治部指示，调他到国民第四路军马鸿逵部任党代表兼政治处长，即刻赶赴宁夏，督促第四路军迅速向西安方面进军，迎击刘镇华部。
刘志丹接到命令，骑上快马连夜出发赶赴宁夏。但是，等到刘志丹带着几个人赶到宁夏时，马鸿逵的队伍已进入了甘肃，刘志丹又只好快马加鞭奔赴甘肃固原。等他赶到固原一看，只见满城都是断壁残垣，固原城几乎成了一片废墟。原来几年前，这座城市闹过一次大地震，由于兵荒马乱，一直没有修复。士兵们无处住宿，就搭起帐篷住在野地里。
