在元系軍fa在和趙系軍fa的爭戰中，最初元系倚仗兵多將廣，旗開得勝，打了一些勝仗，尤其曲陽縣一仗，趙系軍隊大敗，幾乎不可收拾。可是後來趙系軍隊忽然反攻過來，並且攻勢甚猛，元系軍隊措手不及，有的地方還被抄了後路，被趙系打敗，潰不成軍，還敗得很慘，此時已是衛隊旅旅長的元柏煥，率領的一批新軍，在危急關頭，連打了幾次頑強的狙擊戰，才讓老督軍的很多軍隊得以脫困。雖敗猶榮，但這也讓元柏煥在元系中一戰成名，他身邊不僅有年輕將士追隨，一些老將對他也是交口稱讚。
元柏煥21晉升陸軍少將，同年冬，趙系和元系一言不和，再次兵戎相見，元柏煥帶領2萬人冒雪渡河，兵貴神速攻佔了趙系軍事要地灤州，切斷了趙系南北交通，使趙系部隊一時崩潰，再加上馬系的參戰，元柏煥看趙系再無招架之力，一鼓作氣指揮元系精銳，突破了段系的防線，端了趙系的老巢，和馬系瓜分了趙系三省。江北五fa變成四fa，有他一半功勞，至此元系佔據北地十六省的北六省，成為北地四fa中實力最強的一閥，由此也奠定了他在軍中的威望。
元柏煥22歲晉升陸軍上將，去日本觀秋操，面對日軍的傲慢挑釁，元柏煥給以嚴厲回擊。與此同時，老督軍在巡視路上突發心臟病猝死，享年49歲，五夫人跟隨身邊，怕引起元系部隊的慌亂政變，和元系老臣商量，瞞下了老督軍的死訊，火速秘密發電報招元柏煥回國，十日後元柏煥回平城。而在接任督軍一事上，卻起了分歧，這與元系軍界領導層中的派別鬥爭是有關係的。
在老督軍活著的時候，元柏煥縱然打過一些勝仗，在軍隊裡也頗有聲望，但是他必竟年輕，在元系一些老臣裡對年輕一派根本沒放在眼裡，更在元柏煥銳意改革軍隊，軍中升降職位上觸犯到了一些老派的權利，逐漸形成了老派與新派，兩派明爭暗鬥，矛盾尖銳對立情緒很大。因此在元系召開的就任督軍一職的聯合會上，有人想興風作浪，使元柏煥一度處於頗為不利的境地，年僅二十二歲的元柏煥沉著冷靜應對，終在新派和跟隨老督軍的幾個老臣幫助下（其中就有方非煙的父親方興懷），接手元系軍政，成為北地最年輕的督軍。