1921年2月，宁武来到沈阳，先与东三省巡阅使署总参议杨宇霆、混成第三旅旅长张学良进行会谈，然后拜会张作霖。张作霖明确表示：“现在国家成了个烂羊头。孙先生是开国元勋，谋国有办法，我想派人去向他请教一切。你可打电报先去联络一下。”张作霖指派奉军旅长李少白（又名李梦庚）同宁武一路南下，并带去一本密电码。
在桂林大本营，宁武引荐李少白拜见了孙中山。孙中山问了东北情况后，重点谈了他对于建设新中国的计划和开发北方港口的计划。李少白非常惊奇，表示非常钦佩，因为他从来就没听说过有什么建国计划。宁武也向孙中山谈及他的看法：“张作霖对于革命二字是谈不到的，但对先生很敬仰，相信先生救国有办法，合作是可望成功的。”
孙中山认为，在当时的环境下，不能不借外力配合北伐先击败曹、吴，打开个新的局面。通过晤谈，孙中山感到和张作霖合作可能性很大，让他们给张作霖带回一封信，在信中提出了联合讨直的问题。但在回奉天途中，他们看到有报纸载文说，张作霖密派代表到桂林，拥护孙中山为大总统的消息，感到十分吃惊，这是有人造谣。
果然，回到奉天后，张作霖对李少白破口大骂道：“谁派你他妈的代表，我只叫你去送信，你胆敢说我拥护孙文做大总统！”李少白被骂得蒙头转向，不敢辩白。翌日，宁武进行了冷静的分析，指出这是安福系造的谣，目的是破坏粤奉合作。张作霖这才恍然大悟，连说：“险些中了敌人的奸计。”同时，宁武又转达了孙中山的意见：“革命党是不怕失败的，因此这回讨伐直系由我们先发动，奉天只要扯扯后腿就可以了。因为我们失败了，还可以再干。不要把雨公一生事业给毁了。”听了孙中山一席感人肺腑的话，张作霖很是感动，态
度大变，表示要派兵出关，并要宁武密报孙中山。此后，宁武常驻奉天，担任孙中山与张作霖的联络人。张作霖还派奉系将领姜登选等人到广东与孙中山、谭延闿会面，协商讨直之事。
第一次直奉战争中张作霖的失败，推动了孙中山与张作霖的合作。1922年4月，第一次直奉战争爆发。战争初期，奉军凭着兵多将广和锐不可挡的士气，曾连连得手，打了一些胜仗，尤其西路长辛店一仗，直军大败，几乎不可收拾。但奉军西路总司令张景惠行动迟缓，耽误了战局。直军后来转入反攻，势头凶猛，奉军被打得措手不及，有的地方还被抄了后路，溃不成军。如果不是张学良和郭松龄指挥的新军作战勇敢，在危急关头连续打了几次顽强的狙击战，张作霖的多数军队的退路都会被截断。5月，奉系军队退守关外，直系军队占了上风。总统徐世昌火中取栗，下令免除张作霖的东三省巡阅使、蒙疆经略使、奉天督军兼省长等职务。徐世昌的命令发布不久，东三省议会便出面举荐张作霖为东三省保安总司令，干脆宣布东北“独立”。6月17日，在英国的干预下，直军代表王承斌、杨清臣与奉军代表孙烈臣、张学良在秦皇岛海面英国克尔笛号军舰上签订了停战条约，以山海关为两军界线。第一次直奉战争以直系军阀大获全胜而告终，直系军阀从此完全控制了北京的中央政权。