岳州的战役。在围攻武昌时，第10师28团利用敌军投诚机会，率先破城。蒋光鼐曾将此次战役的经验与教训加以总结，写成《武昌围城之役经过概要》。
在武汉稍事休整，蒋光鼐受命与张发奎率军支援江西南浔，在马回岭、德安一线大败孙传芳军主力，稳定了战局。同年11月，第4军第10师扩编为第11军，陈铭枢升任军长，蒋光鼐任副军长兼第10师师长，戴戟为24师师长，蔡廷锴为副师长。
国民政府迁到武汉后，与蒋介石的矛盾加剧。陈铭枢不愿与其他兄弟部队同室操戈，于1927年3月从武汉辞职出走，投向南昌的蒋介石。蒋光鼐、戴戟亦相继离去，蒋光鼐被蒋介石任命为第22师师长。武汉政府任命第4军军长张发奎兼任第11军军长，张发奎委任蔡廷锴为第10师师长，叶挺为第24师师长。
1927年4月12日，蒋介石发动反共清党行动，随即在南京成立国民政府，形成宁汉对峙的局面。同年7月，11军奉武汉国民政府命令，自武汉东下，讨伐蒋介石，叶挺率第24师为前锋。蔡廷锴师归叶挺指挥，到达南昌后，参加由中•共领导的“八一起义”。但在起义部队南下广东时，蔡廷锴率部行军到进贤就脱离起义队伍，并将师里的gcd员全部遣散，派兵护送他们安全离开。蔡廷锴率部到达铅山县河口镇，静观变化。
9月，蒋光鼐自沪携带现金10万元抵达河口，解决部队最急需的伙食费用，并决定服从宁汉合流之后的南京中央政府。恢复第11军建制，蒋光鼐仍任副军长，由第10师分编出第24师。蒋、蔡率部队进入福建，到达福州后，应当地民众代表的要求，将祸害百姓的新编第1军谭曙卿部缴械，所获枪械充实第24师。福州局势稳定后，蒋、蔡去电欢迎在日本的陈铭枢回军复职，陈接电即回国复职。陈铭枢与时任广州政治分会主席的李济深联系后，决定返回广东休整。
当时张发奎等已先率第4军进入广东，对11军入粤持有戒心，所以11军部队先开至闽、粤边境地区待命。11月，张发奎等发动“广州事变”，驱逐李济深、黄绍竑在广东的势力，11军在陈济棠及桂系黄绍竑部的配合下，击退第4军。
1929年1月，国军编遣委员会决定全国军队一律缩编，第11军缩编为广东编遣区第3师和第2独立旅，蒋光鼐任第3师师长，蔡廷锴为第2独立旅旅长。第一次粤桂战争爆发后，蒋光鼐、蔡廷锴等率部击退桂军的进攻，保住广州。8月，南京国民政府调整全国陆军番号，蒋光鼐的第3师改为第61师，他仍任师长，蔡廷锴部改为第60师，由蔡任师长。
同年底，张发奎联桂反蒋，进逼广州，爆发第二次粤桂战争。蒋光鼐任右翼军指挥，击退张、桂联军，并乘胜追击到广西梧州。1930年2月，张发奎率军再度入粤，驻守梧州的蒋光鼐则率部进逼位于广西的桂军黄绍竑部，迫使黄向张发奎求援，使张自广东回师。双方在北流展开激战，蒋光鼐指挥得当，经数度反复，终取得此战的胜利。
这时，桂系加入以阎锡山、冯玉祥为首的反蒋联盟，决定与阎、冯合力夹击蒋介石。6月初，张、桂联军攻陷长沙，继续北进，威胁武汉。蒋介石急调60、61师入湘，截断张、桂联军的后路。张、桂军回师应战，蒋光鼐在敌众我寡的情况下，击溃张、桂军。
蒋介石得知他们获胜后，因津浦线战局危急，即令蒋光鼐率军火速增援。以蒋光鼐为第1纵队司令，下辖60、61师及陈诚的第18师。蒋光鼐率军迂回到阎锡山晋军后方，击溃泰安周边晋军，并截断大汶河等处晋军的后路，致该处晋军不战而溃。接着，他又奉蒋介石之命，率军迅速攻占济南，扭转了先前的被动局面。8月17日，蒋介石将60、61师组建为第19路军，任命蒋光鼐为总指挥，上将。蒋介石亲临济南进行嘉奖，并调19路军到陇海线进攻冯玉祥部。
蒋光鼐被委任为第6纵队司令，率领19路军及胡宗南的第1师攻击位于汝南、新郑一带的冯玉祥部队，切断冯军的退路，迫使3万余冯军向19路军投诚。此后不久，张学良率东北军进关，阎锡山、冯玉祥通电下野，中原大战遂告结束。年底，19路军奉调到江西，1931年初，到达兴国。
1931年4月，蒋介石发动对中央苏区的第二次“围剿”，19路军奉命参与了这次军事行动。“围剿”刚开始，蒋光鼐就因病离开部队，到上海同济医院治疗，部队由蔡廷锴指挥。蒋光鼐的夫人刘慕雨婚后不育，而谭夫人所生的长子蒋庆瀛又患有神经疾病，故刘慕雨极力劝说蒋再娶一位夫人，在刘夫人的安排下，蒋光鼐与黄晚霞结识，并在上海完婚。
1931年2月28日，蒋介石因约法之争，扣押了gmd元老胡汉民。胡汉民派系与汪精卫及桂系合作反蒋，在广州另行成立国民政府，形成宁、粤对立局面。在得知日本在东北发动“九•一八事件”后，陈铭枢力主统一对外，出面调解宁、粤双方矛盾。作为双方合作的中间人，陈被任命为京沪卫戍司令长官，