东北军前身为奉系军阀张作霖所统率的军队，可追溯到清末东北地区的保安部队和新军 。
张作霖领导下，奉系通过参与军阀混战，势力范围扩大，总兵力超35万人，成为当时有影响力的军事力量。1928年皇姑屯事件后，张学良成为奉军实际领导者。1929年，奉军被蒋改编为国民革命军东北边防军，简称“东北军”，约30万人，由张学良统辖 。
东北易帜后，东北军成为中国东北地区主要军事力量，是抵御日本侵略的前沿和北方重要军事屏障 。
九一八事变后东北军主力退入关内，东北三省沦陷，东北军声誉受损 。
1936年12月12日，“西安事变”，张学良被扣押，东北军失去核心领导，陷入内乱和分裂 。被整编为49军、51军、53军、57军、67军和骑兵军等6个军，这些军被分散使用，东北军作为整体不复存在。
1.49军 军长刘多荃 下辖105师 109师
49军以原东北军105师为基础扩编而成，七七事变后，4奉命至沧县及静海处阻击日军，后又参加淞沪会战，在大场、沪杭公路、徐家桥等地与日军展开激战，损失惨重。
1938年参加武汉会战，次年又参加第一次长沙会战和南昌会战等，在多次战役中付出巨大牺牲。1939年修水战役失利后，军长刘多荃被降为上校，副军长、参谋长被调离，两个师长被撤职，换上了中央嫡系，东北军49军的性质和内部结构发生了重大变化，逐渐失去了原东北军的特色。
1947年秋季攻势中，49军在辽宁省锦西县杨家杖子地区与东北民主联军交战，除军长率百余人逃脱外，大部被歼灭于旧门地区。随着解放战争的推进，东北军49军的番号逐渐不再以原东北军的形式存在，部分人员被改编或重新编入其他部队。
2.第53军 军长万福麟 下辖91师 116师 130师
1937年7月抗日战争全面爆发后，53军归第1战区指挥，参加平汉路北段抗战，阻击日军南下。在永定河阻击战中，91师战斗减员达6000余人。
1938年初，53军暂归八路军朱德总司令指挥，在晋东南与日军打游击。同年5月至7月，先后参加了豫鲁皖边区战役和武汉会战，武汉会战后，91师改隶第85军。1939年至1941年9月，该军先后参加了南昌会战、第1次长沙会战、1939年冬季攻势等作战、第2次长沙会战等。
1943年春，53军参加鄂西会战后，调往云南弥渡、蒙化地区，加入中国远征军作战序列，先后参加了中国驻印军打通中印公路的作战、滇西反攻战和中国远征军第2次入缅作战等。1945年春，荣誉第2师被调入53军序列。同年8月，抗日战争胜利后，该军调往越南河内、海防、谅山、北宁、富寿等地，接受日军投降。
1946年4月下旬，该军由越南河内撤回广州，6月中旬，海运北上秦皇岛登陆，在华北地区先后参加了张家口战役、易满战役和姚村战斗等。1947年5月，该军调往东北战场，在东北战场上先后参加了秋季和冬季防御作战。在开原县以北的威远堡门，116师被人民解放军东北民主联军歼灭后重建。1948年11月2日，在辽沈战役后期，该军在第8兵团司令兼军长周福成的率领下，于沈阳宣布起义，接受人民解放军的改编。
3.第67军 军长吴克仁 下辖107师 108师
七七事变后，67军沿津浦铁路北上沧州，接应第二十九军撤退，战斗中击毁日军汽艇5艘，缴获山炮三门。10月，67军调入平汉线作战，虽给日军以杀伤，但部队也伤亡惨重。
淞沪会战爆发后，67军于11月6日接张发奎电令，坚守松江三天，为七十万国军逃出生天争取时间。军长吴克仁亲临一线督战，全军数次击退日寇进攻。战至8日，死守三天的任务完成，但67军仍死战不退。
9日，军长吴克仁在指挥部队渡河时，不幸中弹牺牲，成为淞沪会战中方牺牲的最高将领，67军参谋长、321和322旅长、107师参谋长等也殉国，团营长几乎损失殆尽。淞沪会战后，67军伤亡严重，番号被撤销。
4.第51军 军长于学忠 下辖113师 114师
1937年七七事变后，51军划归第三集团军指挥，布防山东，担任海防守备任务。1938年，51军在淮河北岸阻击日寇进攻，与日军第13师团激战10日，后又开赴台儿庄战场，在台儿庄东北方的兰陵镇展开血战，114师340旅少将旅长扈先梅壮烈殉国，全军牺牲7千多人。
1939年1月，51军奉命进入沂蒙山区打游击，军长由牟中衍接任。同年6月，该军利用沂蒙山区的有利地形，与日军激战20余天，粉碎了日军的“围剿”，但114师师长方叔洪不幸阵亡。
1942年1月，周毓英接任军长。1943年3月至5月，该军和日伪军连日血战，损失惨重。1944年3月，51军调往鄂豫边界的大别山区，并参加了豫中会战，后撤到河南商城整训。
抗战胜利后，51军改编为整编第51师。1946年，该师在苏鲁战场几乎被解放军全歼，师长周毓英等被俘。不久，重建整编第51师。1947年11月至1948年5月，在盐南战役中，整编第51师第113旅旅部及1个团大部再次被全歼。1948年9月，51整编师又被恢复为第51军，由王严、王秉钺先后任军长。1949年4月下旬，在三江营至申港段长江防线担任防御任务时，第41师被人民解放军歼灭，其残部在上海近郊又一次被人民解放军歼灭，中将军长王秉钺被俘，退入市区的残部被汤恩伯临时“重建”为第51军，由刘昌义任军长。5月27日，国民党51军在刘昌义率领下起义投诚。
5.第57军 军长缪澄流 下辖111师 112师
七七事变后，57军移防江苏南通、启东、海门、如皋、靖江一带守卫江防，隶属江防司令部。1938年3月，在台儿庄战役中，57军333旅奉命驰援山东临沂的庞炳勋部，面对日军精锐师团，血战十五昼夜，伤亡官兵一千多人，受到会战总指挥部的通令嘉奖。1939年，该军隶属鲁苏战区，参加了1939年冬季攻势作战。
1941年2月，该军番号撤消，所辖第111师、第112师改隶鲁苏战区直辖。此后，国-军中又出现过由第36、第79军各一部组成的第57军以及由青年军第203师组成的第57军，但与东北军57军已无直接关联。
6.骑兵第2军 军长何柱国 骑兵第3师扩编
1937年8月，以骑兵第3师扩编成骑兵第2军，下辖骑兵第3师。1937年，骑兵第2军参加了太原会战中的晋北战役和忻口战役，在朔县县北井坪附近构筑防御阵地，阻击日寇，挡住了日寇的进攻，日寇死伤三百余人外加击毁三辆坦克。
为配合忻口会战，骑兵第2军在雁北一带活动，破坏交通、拦截日寇补给、牵制日寇，来配合忻口会战正面战场作战。
1939年，该军改隶第8战区，1941年至1944年期间，该军先后参加了豫南会战、第二次长沙会战和豫中会战等。
1945年8月，抗日战争胜利后，该军番号和骑兵第3师被裁撤，所辖暂编第14师改隶属第9军。
