张作霖倒没有说谎，回奉天后，他就召集了东三省征蒙会议，为征蒙抽调兵力和筹集物资。在他的指令下，奉天兵工厂日夜不停地生产武器，但还得觉得缺口太多，于是又从上海购入步枪五千支，从汉口兵工厂购入子弹数百万发。
甚至于张作霖把他压箱底的宝贝也倒腾了出来。直皖战后，奉军从皖军手里缴获了一批飞机，他决定从中拨出四架或六架随队征蒙。那些天里，奉天人时常能看到飞机在空中连续不断地进行训练。
问题是，连张作霖自己都不知道怎样才算准备充足。因为他要避免过多的人力物力损失，便把“以武力求和平”作为自己的征蒙方针，其实也就是不停地在家里倒腾，指望着既增加征蒙的胜算，又能使外蒙活佛和王公感到害怕，达到“不战而屈人之兵”的目的。
就在他拖拖拉拉，左顾右盼的时候，正对外蒙予以密切关注的苏俄政权采取了新的行动。1921年6月15日，苏俄外交人民委员（相当于外交部长）契切林致电中国外交部，声称苏军必须进入外蒙境内与白俄军作战。
苏俄的这一声明，完全打乱了中方的征蒙计划。徐世昌、靳云鹏深感事态的严重性和复杂性，他们一边通过外交部拒绝苏军入蒙的请求，一边促请张作霖加速进兵。电报发到奉天，张作霖还是“准备不足”，不过与原来稍有不同的是，这次他已经掂出了征蒙的分量。
俗话说得好，看人干活不累，原先见徐树铮在外蒙建功，似乎轻轻松松，等到张作霖真把活接过来，才发现颇不轻松：对外蒙的具体情况，奉军之中包括张作霖自己在内，都不是很熟悉，加上又是悬兵万里，在物资奇缺、运输困难的漠北作战，几乎每一个细微环节处理起来都令人挠头。
为了鼓舞士气，使部卒们克服畏难情绪，张作霖决定像原先许诺的那样，亲自带队出征外蒙。幕僚们劝止道：“漠北地形复杂，气候恶劣，还请大帅留后坐镇全局为好。”张作霖故作轻松地说：“我曾先后两次到过库伦，熟知水陆交通，攻打外蒙，并非你们想象的那样困难。”
张作霖把亲征的日期定在7月26日上午，计划看上去很宏伟也很完美，可惜的是苏俄不会承认这个时间表。6月28日，在未经中国政府许可的情况下，苏军抢在奉军正式出兵之前，进入外蒙围剿恩琴，并于7月6日攻占库伦，恩琴残部仓皇逃遁。7月12日，苏军将原先一俟消灭白俄军，即退出外蒙的声明置之脑后，他们在掌握外蒙实权后，即成立了蒙古人民革命政府。至此，北京政府拟定的种种征蒙言略通告破灭。
张作霖的“亲征蒙疆”亦成画饼，他对外表示“蒙疆已无匪可平，无须派大军前往，只需政府派人与苏俄接洽，交还库恰（指库伦和恰克图）即可”。按照张作霖的实际意图，他是想把外蒙问题再推给北京政府，可是既然苏俄已控制了外蒙，其棘手难度显然还要超过以往，这块烫手山芋如今谁都怕捡，所以徐世昌、靳云鹏还是命张作霖以蒙疆经略使的身份与苏俄交涉，以求相机收蒙。
苏俄占领库伦后，嘴上说愿将库伦和恰克图无条件交还中国，实际与它对待中东路等问题一样，不过在施欲擒故纵之计而已。他们所派的远东共和国外交部长优林在与张作霖谈判时，对交还库伦一事一再出尔反尔，提出各种苛刻条件。张作霖系以中方代表出面，所以在谈判中始终能以国家主权为重，对优林寸步不让，双方谈了很长时间，但毫无进展。
苏俄不肯归还库伦的理由之一，是恩琴尚在逃亡途中。8月25日，恩琴被苏军擒获，随即遭到处决，余部四散溃逃。北京政府认为这是促其归还的一个好时机，因而又组织了新一轮谈判，但苏俄根本无意将外蒙归还中国，不过是以谈判换取时间，造成苏控外蒙的事实而已。11月5日，苏俄与外蒙地方当局签约，承认外蒙完全独立。
年底张作霖受访时，有人问道：“大帅，蒙古事情，不知现在怎样了？”张作霖的回答是：“蒙古事不成问题，只要中央政府稳当，我便可把它收复回来。现在中央乱七八糟，收回问题，无从接洽。”又问：“听说俄国赤党（指苏俄）在库伦驻兵很多，不知确否？”
“不用听外边乱说，其实只有三四百人，不成问题。”
事实是，对于外蒙问题，张作霖已经既无心也无力，他如今的全部注意力都转移到了另外一个话题，那就是关内争霸。