1931年7月，张学成对石友三说：“张学良住在北平医院快病死了，你这个时候出兵，马上就可以占领北平。” 1930年春，冯玉祥、阎锡山酝酿联合蒋介石，鹿钟麟秉承冯玉祥的意思派人劝说石友三采取一致行动。随后，阎锡山又派人拉拢石友三攻打蒋介石，答应将山东省的地盘给石友三并委以第4方面军总司令的要职。 当时，石友三部驻扎豫北新乡一带，粮饷弹药等军需品主要依靠韩复榘接济，石友三认为在炮打南京之后，得罪了蒋介石，一味依靠韩复榘，也不是长久之策，便决定和阎锡山、冯玉祥联手，共同攻打蒋介石。 5月中旬，石友三率部在兰封坝头渡口渡过黄河，参加对蒋作战，但打了没有多久，就开始观望，以保存实力为主。 到了8月底，石友三率部擅自脱离战场，北撤到河南新乡、安阳、彰德、顺德一线。9月，张学良发出通电，东北军精锐入关支持蒋介石，石友三当即响应，第三次背叛了冯玉祥。 石友三投靠张学良的意图其实很简单，主要是看到了张学良在华北的特别地位，想利用张学良在东北、华北的人际关系，达到扩充自己的势力的目的。 石友三退到新乡、彰德和顺德一线后，张学良允诺，代替石友三向蒋介石请求粮草、军饷和部队，并指定石友三在冀豫边区的驻地整顿训练。 1930年冬，张学良派部下富占魁率领点验团到石友三的军队点验，石友三招待十分周到，富占魁回到东北之后对石友三赞赏有加，这让张学良对石友三更加重视。到了春节期间，石友三率领手下毕广垣等东北籍将领亲赴沈阳拜见张学良，张学良对他们优待之至，派人隆重招待。 张学良对石友三非常不错，那么石友三为何去在短时间内又再次倒戈呢？ 原来，石友三到达东北之后，传来这样的消息：蒋介石密电张学良，让将石友三扣押下来，设法解决石友三的部队，打通平汉铁路，恢复东北军与蒋军的交通联系。 当时的石友三部队驻扎冀豫边区，扣留铁路客货运车皮四五百辆、机车20余台，石部自己组建了运输司令部，指挥车辆行驶在新乡、石家庄之间，平汉铁路管理部门不敢过问，这种不听指挥，跋扈自雄的行动惹怒了蒋介石。 张学良有意收留石部，来扩充自己的东北军实力，虽蒋密电已到，但张学良一面挽留石友三在东北多住些日子，没有紧急事情不必回防；另一面和蒋介石沟通，替石友三开脱。 但张学良的好意，石友三没有理解。石友三此人天性薄凉，善于猜忌他人，反而误认张学良蓄意扣留他，因此埋下了仇恨的种子。 在石友三从东北归来途中，曾在天津邀请了和张学良不对付的张学成、李景林原先的部下张化南等人一同回到驻地。张学成、张化南等人已经脱离东北军，很不得志，对张学良很仇视，他们屡屡在石友三面前说张学良坏话，让他起兵。 与此同时，石友三一边在豫北、冀南等区大肆抓壮丁，搜集粮草；另一边还屡次电告张学良索要军饷，这也让张学良对他有了不满，两人矛盾升级。 张学良曾经派自己的亲信张云责做石友三的秘书长，张云责对于石友三的各种挑衅行为十分震惊和愤怒，经常在石友三的军部会议上提出质疑 张云责很快成为石友三的眼中钉，肉中刺，没过多久，石友三下令，让手枪旅旅长毕文山除掉张云责。一天夜里，张云责被毕文山带人活埋，石友三对外宣称，说是张云责弃职潜逃了（这和之前石友三活埋冯玉祥派来的参谋长李秉钧如出一辙）。 石友三部的军官太太了解石友三的为人，大家表面上不说，但心里都清楚张云责突然失踪，其实是惨遭了石友三的毒手，有好几个军官偷偷密告张学良。得知亲信被杀害的张学良也不可能不闻不问，张学良严厉质问石友三未果，石友三的倒戈行动，到这个时候已经要图穷匕首见了。 石友三打算联络韩复榘一起起兵，他请求韩复榘协同作战，从津浦路一路北上，最后在平津会师。但韩复榘清楚自身和石友三的实力，拒绝出兵，并屡次警告石友三，讲明华北局势，劝他不要盲动，以免生乱。 当时韩复榘任山东省主席不久，处境也很差，处处受人钳制。蒋介石在徐州驻有重兵，监视韩复榘的行动；军阀刘珍年盘踞胶东21县，拥兵三万，牵制住了韩的主力；此外，东北军的一支部队，也在逐渐向河北的沧州一带集结，针对山东。韩复榘自身的兵力，当时也不过三万多人，自保尚且不足，哪里来的军队去支援石友三呢？ 两人电报往返磋商，虽然石友三甚至许诺事成之后，把天津和河北的一半让给韩复榘，但最后兵力捉襟见肘的韩复榘也没有给石友三增兵抑或协同作战。石友三气急败坏，认为韩复榘拂了自己的面子，拆了自己的台，下令给电台部门不再接收韩复榘部的电报，一度断绝了联系。 1931年7月中旬，从张学成口中的张学良因病住院，而且病的很重后，石友三自认为战机成熟，于是在顺德一带集结部队，发出讨张通电。 石友三带着六万多人马气势汹汹的起兵，不想却很快就战败了，他带着少数亲信逃到山东德州，去投靠韩复榘了。这个反复无常的倒戈将军，最终在1940年，因策划投日，被看不过去的结义兄弟高树勋活埋，也算是罪有应得。
