1924年1月,國民黨第一次全國代表大會召開。孫中山提出的“聯俄、聯共、扶助農工”三大政策正式確定,實現了國共兩黨第一次合作。胡景翼派鄧寶珊前往北京,秘密聯絡馮玉祥、孫岳發動了“北京政變”,邀請孫中山北上共商國是。由馮玉祥任總司令的國民軍成立,鄧寶珊任國民軍二軍第七師師長,與當時主持中共北方區委和國民黨中央政治委員會北方工作的著名共產黨人李大釗開始密切接觸。鄧寶珊將自己接觸李大釗的情況向二軍軍長胡景翼進行了匯報,并促成了胡景翼與共產黨合作。國民二軍成為整個國民軍中最先取得蘇聯援助的部隊。
1925年11月,國民軍二、三軍北上與奉軍作戰,鄧寶珊任北路軍司令。在攻打天津馬廠期間,由鄧寶珊領銜發表了由李大釗起草的通電。
1926年9月,馮玉祥“五原誓師”,宣布國民軍集體加入中國國民黨,組成國民軍聯軍,參加國民革命。馮玉祥任聯軍總司令,共產黨員劉伯堅任總政治部部長;馮部二師師長孫良誠任援陜前敵總指揮,鄧寶珊任副總指揮。1927年1月,馮玉祥、劉伯堅到達西安,決定成立國民聯軍駐陜總司令部,于右任總司令,鄧寶珊為副總司令,統一行使軍政職權。駐陜總部創辦了中山軍事學校,共產黨員史可軒任校長,鄧小平任政治部主任。在此期間,鄧寶珊與許多共產黨人建立了深厚友誼。鄧寶珊夫人張玉燕介紹,劉伯堅與三原女士王叔振結婚。鄧寶珊籌辦所需并主持婚禮,國共兩黨在西安的人士馮玉祥、于右任、楊虎城、史可軒、續范亭、吉鴻昌、葛霽云等出席了這次婚禮。
當北伐戰爭步步勝利的時候,蔣介石在上海發動了“四一二”反革命政變,張作霖在北京殺害了李大釗。隨之,馮玉祥投靠蔣介石,聯合通電反共,馮部共產黨員被“禮送出境”。對此,鄧寶珊痛心疾首,離開部隊時只帶葛霽云和數名親信,去上海“休養”。在上海,鄧寶珊結識了周恩來和被蔣介石通緝的國民黨左派領袖鄧演達,從而更加堅定了他反獨裁求民主的信念。
1930年5月,蔣、馮、閻中原大戰爆發,鄧寶珊接受馮玉祥的邀請,赴河南說服樊鐘秀助馮反蔣。樊鐘秀被蔣介石飛機炸死后,鄧寶珊接任第八方面軍總司令。馮、閻討蔣失敗,鄧寶珊再次輾轉到上海“蟄居”。
1932年3月,應楊虎城之邀,鄧寶珊出任西安綏晉公署駐甘行署主任,于甘肅省主席邵力子合作,整頓甘肅軍政秩序。邵力子離任后,鄧寶珊代理甘肅省政府主席。1934年駐甘行署撤銷,鄧寶珊任陸軍新編第一軍軍長。