到河曲筹办军需，开口就要白银二万两。河曲知县还是清廷官员，不买都督的帐，与地方绅士串通一气以罢市抗拒。张树帜便令士兵将知县捆起来痛打一顿，知县只好求饶。市面马上开张，二万两也就到手了。此时，包头革命党人率领部队也前来归附。原来在此之前，包头革命党人已经准备好响应革命，发动起义，但却遭到五原同知樊恩庆的暗算，大批革命党人和同情革命的军官都被杀害。他们强烈要求阎锡山进攻包头，为死难的同志报仇雪恨。接着，丰镇革命党人也因起义失败，率兵来投。几支队伍合并到一起，马步兵已逾3000之众。撤退途中得此意外收获，阎锡山甚为高兴，认为又是天赐良机，自己就索性来个进军北伐。于是与众人商议一番，兵分三路，直扑包头。
1912年1月11日，革命军进抵包头。包头守军不知这军队从何而降，仓皇应战，而进攻的革命党人满怀深仇大恨，英勇冲锋，奋力拼杀，只不到一天时间就把包头攻下来了。1月13日，在举行入城仪式时，众人要求阎锡山穿上大都督戎服，骑高头大马率队入城，以显示革命党人的威风气势。阎锡山虽然对占领包头十分满意，兴奋时却也又多一个心眼。他私下向赵戴文表示，包头刚刚攻下，清军余部尚未肃清，入城混乱之时，会不会有人趁机施行暗杀？赵戴文明白这个老乡的意思，当即自告奋勇，愿意替都督担险。到入城仪式进行时，赵戴文身穿大都督戎服，骑着高头大马走在前面，竟然真的有埋伏在街边的人向骑在马上的“都督”开枪。幸好不曾击中，却也使阎锡山在暗自庆幸之余，冒了几身冷汗。进驻包头后，阎锡山当即以胜利者的姿态宣布将包头改名为东包头，并着手整编军队，扩张武装。进包头不几日，因南北开始议和了，山西巡抚张锡銮等人就派代表来迎阎锡山回太原。阎锡山怀疑是诱他回去以擒拿邀功的阴谋，于是不肯离开。不久后，又击溃了清绥远军的反攻，并攻克清军所占的托克托城。
在后来的回忆中，阎锡山将此次逃跑式的撤退，美化为“北征”，似乎逃离清政府重兵所指的太原，置他的根据地和老家于不顾，也是一次胸有成竹的战略转移。其实，在他北逃之后不久，执意留守太原的副都督温寿泉也带着残兵退往晋南，革命起义的太原已然变了色彩。在中国传统文化浓烈的“为尊者讳”的遗风薰陶之下，此等当事者或阿谀者涂脂抹粉反倒弄得不伦不类的事例实在太多，倒也不值得大惊小怪。不过，阎锡山逃离太原，反倒因祸得福，不仅在包头打下了此后发展的基础，而且还得到一支不小的武装力量。这也是命运对他的一次大照顾。
阎锡山在包头享受意外胜利的时候，全国的形势，也发生了急剧的戏剧性的变化。1911年年底，十七省代表在南京开会，选举孙中山为中华民国临时大总统，议决中华民国纪元改用公历，以宣统三年11月13日为中华民国元年1月1日。1912年1月1日，孙中山就任临时大总统。而于上年11月已到北京的袁世凯势力迅速膨胀，大权在握，看出了革命政府虚弱的真相，因此不断给新生的中华民国政府施加压力，一心要窃取革命的胜利成果。革命政府内部，也有不少人对当时中国实力最强的人物袁世凯抱有幻想。孙中山迫于内外重重压力，不得不与袁世凯进行南北议和。袁世凯表面上答应了定都南京、实行共和，对革命起义的省份由革命党人担任都督的局面不作变更等条件，孙中山同意在清帝退位后迎袁世凯为大总统。这期间，袁世凯原先任命的山西巡抚张锡銮已调往他处，进入山西的清军也已陆续撤出。太原城陷入人心浮动、鸡犬不宁的状态。山西咨议局的要员于是来到包头，请阎锡山回省主持大计。
阎锡山见南北议和大局已定，革命起义省份可得到承认，自己手中又多了一份实力，山西的老底子不能丢，于是决定回太原。2月18日，到达距太原只有七八十公里的忻州。回到忻州，附近的五台、崞县、定襄等县马上送来大批粮饷，老家河边村的人们也纷纷上门向其父阎书堂表示祝贺和亲热。人世炎凉的天翻地覆的变化，使阎书堂大为感慨。就在阎锡山北逃的消息传到河边村时，村里人都不敢和阎家来往，生怕受到牵连。阎书堂一家人则坐卧不安，东躲西藏，连家也不敢回，比当年躲债更惊慌百倍。这也从一个侧面，说明了阎锡山北逃时置家人于不顾，该是多么仓皇狼狈。在忻州稍事休息，正当阎锡山踌躇满志地即将动身赴并，重返大都督府时，却接到了刚当民国大总统三天的袁世凯发来的电报，电报口气严厉地命令：不准前进，就地待命。如违命擅动，即以军法从事。袁世凯拒绝承认山西为起义省份。袁的公开说法是“太原起义后，阎锡山北逃，山西局势混乱”，实际上是因山西地处北京近侧，地位显要，袁欲另选心腹占据。显然，袁世凯对阎锡山不放心，不肯将山西交给他。
虽然在危难时曾有过让出都督的想法，但在局势已经明朗，山西大局非己莫能的情况下，阎锡山当然不会就此罢休。他立即给正在南京的老部下南桂馨打电报，让南千方百计到孙中山、黄兴处活动，力争承认山西为起义省份。同时，又绞尽脑汁寻找能与袁世凯拉上关系的人，营造左右逢源的形势。定襄人董崇仁，家中几代人都在北京包揽皇宫工程，与太监头子及王爷多有交情。董崇仁自幼跟着父亲出入于宫廷，跟慈禧太后的宠信李莲英相交甚密。长大成人后，还通过李莲英纳捐买了个四品道台。在李莲英的引荐下，又与袁世凯相识。袁世凯为讨好慈禧太后，极力拉拢与宫廷有关系的人做耳目，便认董崇仁为门生。袁做直隶总督时，还与董有过拜把之交。阎锡山马上派人带厚礼到定襄把董崇仁请到忻州，口口声声称为“老前辈”，恳请他到袁世凯面前为山西多说点好话。南桂馨的活动很有效果，面见孙中山时，孙中山表示：如果不承认山西为起义省份，即使南北和议破裂，也在所不惜。显示出对山西革命的高度重视。南桂馨还多次向胡汉民、黄兴游说，也得到了这两位领导人的支持。胡汉民专为此事向袁世凯发电达10多次，一再要求保留阎锡山的都督职位。董崇仁则不负厚望，专门赶到北京，在袁世凯面前替阎锡山说了不少好话，说阎锡山“一向对袁公推崇备至，袁公就任民国大总统，甚为欢欣”，说阎锡山“衷心拥戴袁公，大可不必怀疑他”。他的特殊身份，对袁世凯改变初衷起到了关键的作用。而阎锡山也抓住一切时机，向袁世凯表示自己的忠诚。在请孙中山先生给予支持的同时，却又在建都问题上站到孙中山的对立面，赞同和支持袁世凯建都北京的主张，声称“以形势论，以事实论，以对内对外论，目前自无舍北就南之理”。这番举动，赢得了袁世凯的好感，看到阎锡山不同于其他同盟会员，于是在1912年3月发布委任令，正式委任阎锡山为山西都督。如果说，当选都督曾经让阎锡山费过一番心思的话，那么，重新被委任为都督就更显现了他善于钻营的本领。多日悬在心上的石头落地了，阎锡山踌躇满志地说：“这也是蒙阎家祖上有德，山西百姓不该遭难。今后，蒙要把山西治理得好好的，也让袁世凯看看咱的本事。”
阎锡山回到太原，立即决定办三件事：一是统一军队，二是筹办财政，三是委任县长。也就是说，枪，钱，人，三样紧要东西，他都紧紧抓到了手里，他要在山西建立自己的一统天下。
在他逃离太原，进驻包头期间，支撑山西起义局面的主要是南边的河东军政分府和北边的忻代宁公团。河东军政分府是副都督温寿泉撤离太原时，带兵南下在运城成立起来的。它以副都督的名义统一指挥河东各县的军政事宜。它所指挥下的军队，曾在临汾一带与清军激战，为起义军守住了富庶的晋南地区。忻代宁公团则是辛亥山西起义时的一支地方武装，配合军政府的北路军抗击侵犯雁门关的清军，并与地方义军里应外合，占领了晋北重镇大同。阎锡山要建立自己的一统天下，这两支力量在他看来都是异己，都是必须削平的“山头”。他首先向河东军政分府开刀，制造事端，向袁世凯报告河东分府的实权派、革命党人张士秀、李歧山叛乱。袁世凯早已知道李歧山是同盟会会员，为趁机削弱、打击山西的革命力量，便命令驻河南的直系军队进入山西，将张、李二人逮捕，并押往北京。阎锡山不损一兵一卒，在讨好袁世凯的同时就解除了心腹大患，可谓是“一石二鸟”的妙策。对忻代宁公团的首脑人物续桐溪，阎也利用小事，激化冲突，制造借口，准备派人将其逮捕。所幸有人暗中给续通了消息，续桐溪才得以逃走，免遭一难。
阎锡山虽然暂时保住了都督职位，又想方设法将权力集中到自己手中，但他很清楚，自己是同盟会员，太原起义的主要领导者，并参与过燕晋联军阻袁北上的活动，在袁世凯的心目中注定是个必欲拔除而后快的钉子。这个地位还极不稳固。袁世凯曾拟调他为黑龙江都督，阎费很大力气通过贿赂袁的总统府秘书长才好不容易留在了山西。因此，他把逢迎袁世凯，消除袁的怀疑，取得袁的欢心和信任，当作头等大事。当年，他到北京谒见袁世凯时，紧张得汗流浃背，俯伏在地，行跪拜大礼而不敢仰视。他向身边的亲信说，他生平最畏惧的一个人，就是袁世凯。这也从侧面证明，袁世凯确实是压在他心上的一块沉重的石头。
面对险恶的处境，阎锡山充分施展出他善于韬光养晦的才能。一方面他表现得卑躬屈膝，处心积虑，想方设法，利用一切机会和手段，对袁厚颜逢迎。山西的汾酒，动辄三、五百坛奉送进京，不断在袁世凯的左右打点笼络。通过董崇仁，买通袁家的女仆，密察袁的意旨，如有所需，极力逢迎。认段琪瑞的孀嫂为干妈，因为她与袁世凯家的奶妈是密友，通过这层关系，及时了解袁的动向，以便应对早有所备；同时也曲径通幽，把对他的美言送到袁的耳旁。将袁世凯的好友，曾为他在袁面前说过好话的董崇仁，任为晋南镇守使。请任袁世凯的亲戚，山西人陈钰为山西民政长。更让常人瞠目结舌的是，以让老人开眼界享福为名，将父亲和继母送往北京居住，实际上当作人质。为了讨好，他处处看袁世凯的眼色行事，甚至连起码的“革命”面子都弃之脑后。1912年8月，同盟会改组为国民党，作为同盟会的老会员，阎锡山被任为参议。但阎锡山看出袁世凯对革命党人恨之入骨，就赶快宣布脱离了国民党。并且雷厉风行地执行袁世凯的命令，饬令山西全省“各县知事将国民党分设机关一律解散”。作为国民党的元老人物，对待国民党如此冷酷无情，翻脸不认，曾让许多老同盟会员气愤不平，大骂阎锡山奸诈狡猾，却又无可奈何。
极力讨好的同时，阎锡山又委曲求全，“万事忍为高”，以屈求伸。政事听任袁派去的巡按使金永为所欲为，并通过巴结金永的老乡朱善元，与金永“联络感情”，使金永在心满意足之余，也在袁世凯面前帮阎锡山说些好话。军务推给把兄弟、第十二混成旅旅长黄国梁全权代理，在太原竟出现只知有黄国梁，不知有阎锡山的怪现象。他安于当一个“无为而治”的都督，表现出一副庸碌甚至昏聩的姿态来。这些招数果然见效，袁世凯渐渐消除了对他的怀疑和戒心，说他最大的特点就是“脑后没有反骨”。
袁世凯逼孙中山交出大总统之后，做出邀请的姿态，请孙中山到北京面谈。孙中山先生感到对政治局面无能为力，想要“专心致志于铁路之建筑，于10年之中，筑20万里之线”，以经济建设推动民主政治。于是，在1912年8月到北京，计划在与袁世凯会谈后顺便对北方各省进行一番实地考察。这样，就提出了到山西考察铁路、调查矿产的计划。善于利用时机的阎锡山，立即大作文章，组织隆重接待，造成他与孙中山先生关系非同一般的声势。因为他看到，能与袁世凯相抗衡的，当时的中国只有孙中山一人。隆重接待孙中山，能使他在袁世凯的眼里分量加重，使袁世凯更不敢轻易动他。对于这一得意策略，阎锡山曾私下对心腹赵戴文说：“这叫借助钟馗打鬼。”
1913年，革命党人、国民党代理理事长宋教仁，坚持民主共和思想，宣称要组织国民党责任内阁，并声言将选举黎元洪为总统，真正实行政党责任内阁制，因此引起袁世凯的忌恨，派人在上海火车站将宋暗杀。之后，袁世凯又同俄、英、日、德、法五国银行团签订《善后借款合同》，向帝国主义借巨款，作为镇压南方革命力量的军费，并令北洋军阀迅速对南方用兵。 这些倒行逆施，引起革命党人的极大愤慨，孙中山于是发动了武力讨袁的“二次革命”。阎锡山看出反袁的革命力量弱小；难以成事；但同时又不想落个与孙中山唱对台戏的名声；于是就标榜“中立”。所谓两不得罪，实际上是站在了袁世凯一边。果然，因军事力量对比不利和国民党内部涣散，讨袁军节节失利。南京被北洋军攻占，“二次革命”完全失败。阎锡山这次的算盘打对了，“二次革命”失败后，各省的都督大多被撤换，全国仅有山西的阎锡山和云南的唐继尧成为“不倒翁”。不仅不倒，而且受到了袁世凯的奖赏。1914年，袁世凯授予阎锡山“同武将军”的名号。阎锡山以之为荣，在老家河边村修建门楼，题名为“同武将军府”，以示夸耀。到1915年袁世凯改元称帝时，阎锡山首先向筹安会提供银币二万元作经费，接着又连电劝进，声称“诚以中国之情，决不宜沿用共和制度”，“辛亥革命之初，尝以共和为新旧递嬗时代之权宜手续，四年以来，默察国情，征诸经验，乃确信共和之不足以安中国。”“今日改定君主国体，正全国人民希望诞登彼岸之机会。天与人归，各当其时”，“国是一日不定，人心一日不安，锡山窃日夜�