1926年6月4日，国民党中央执行委员会临时全体会议正式通过国民革命军出师北伐案。6月5日，国民政府任命蒋介石为国民革命军总司令，并授权蒋介石组织国民革命军总司令部。7月1日，国民政府发布出师动员令。7月4日，国民党中央通过《国民革命军北伐宣言》。7月7日，公布《国民革命军总司令部组织大纲》，规定：
（1）国民革命军总司令由国民政府特任，并得兼军事委员会主席，统辖国民政府下之陆、海、航空各军，对中国国民党与国民政府在军事上负完全责任。
（2）总司令部设参谋长1人，以军事委员会参谋部部长兼任或由总司令提出人选呈请国民政府委任；以参谋长、总参议和高等顾问若干人组成参谋厅，“参赞戎机，襄助总司令处理进行事宜”。
（3）政治训练部、参谋部、军需部、海军局、航空局、兵工厂等各军事机关均改为“直属于总司令部”。
（4）总司令部“设于军事委员会内，以作战之进步随时进出于前方”。
（5）“出征动员令下后，即为战事状态，为图军事便利起见凡国民政府所属军、民、财政各部机关，均须受总司令之指挥秉承其意旨办理各事”。
（6）总司令出征时，得“设立治安委员会”于国民政府所在地“代行总司令职权”，“受政治委员会之指挥”，其议决案中之“关于军事者”，得交由国民革命军总司令部执行。7月9日，“于广州东校场举行国民革命军总司令就职及北伐誓师典礼，由谭延闿给印，吴敬恒授旗”，蒋介石就任国民革命军总司令。
蒋介石花了半个月时间安排好了总司令部组成人员：7月14日，由国民政府特任李济深为参谋长，任命钮永建为总参议；任鲍罗廷为高等政治顾问，加伦为高等军事顾问；任张华辅为参谋厅长，白崇禧为总司令行营参谋长，邵力子为总司令部秘书长，马文车为总司令部秘书处长（其留守期间，由周雍能随时听总司令召），张定璠为参谋处长，张治中为副官处长，陆福廷为交际处长，李范一为交通处长，俞飞鹏为军需处长，刘纪文为经理处长，黄经明为审计处长，戴立夫为军法处长，陈方之为军医处长，林伟成为航空处长，刘士毅为教育处长，俞飞鹏为兵站总监部总监，冯宝森为兵站总监部参谋长，金佛庄为警卫团长，宓熙为总司令卫士队长，王世和为总司令侍卫长，邓演达为政治部主任，郭沫若为政治部副主任，铁罗尼为政治部顾问，唐生智为北伐中路前敌总指挥，李济深为后方留守司令部总司令（其留守期间，参谋长职务由总司令行营参谋长白崇禧代理），马文车为后方留守司令部秘书处长，孙炳文为政治部后方留守办事处主任。
7月26日，蒋介石“函别中央军校全体官生”，以“黄埔今日己为革命之中心”相嘱，于次日“率众北伐”。
8月10日，国民政府公布《广东省各区警备司令设置条例》，规定：
（1）北伐期内，为巩固后方治安、应付非常事变，暂将广东全省划为潮梅、南韶连、高雷钦廉、肇罗阳五邑、广属、惠州、琼崖7个警备区，直辖于国民革命军总司令部，各警备区各设警备司令1名，秉承总司令之命令，施行其职务，负责各该警备区之治安。
（2）警备司令节制警备区域内所有一切驻防军队及人民武装团体。
（3）警备司令对于辖区内遇有非常事变须行戒严时，依《戒严条例》之规定、呈经总司令核准，得实行戒严（因远离总司令或因时机急迫或因通讯阻绝、无由呈请时，得临时宣告戒严，但须迅呈总司令得其批准）。
（4）警备司令须将辖区内之地方治安情形随时呈报总司令部查核。
按照国民革命军总司令部之命令，何应钦、陈嘉祐、陈济棠、徐景唐、钱大钧、胡谦、许志锐分任7个警备区警备司令并率所部驻防各警备区。
11月初，北伐军将南昌攻克，总司令部移设于南昌。国民党中央为遏制蒋介石个人独裁和擅权，提高党权，于1927年3月10日至17日在汉口召开二届三中全会，大会决议中对总司令部之规定为：总司令是军事委员会主席团成员之一由军事委员会提名，国民党中央任免；部队将领任免和出征动员令，须由军事委员会决定，国民党中央通过，交总司令执行。同时规定，总政治部不再隶属于总司令部，改由军事委员会领导。这样，总司令的权限受到严格限制。
4月12日，蒋介石叛变革命。4月15日，武汉国民党中央下令免去蒋介石本兼各职。不久，蒋介石通电对二届三中全会决议一概否认。
8月，蒋介石下野。南京国民党中央通令所有军队在蒋下野期间，均由军事委员会指挥。
1928年1月9日，蒋介石复职。1月27日，任命张静愚为航空队司令，3月13日，重新任命李济深为总参谋长，何应钦为总参谋次长，代理总参谋长职，何成浚为总参议，3月27日任命张之江为参谋团主任。同时成立战地政务委员会，处理战区内民政、财政、司法、交通、教育、农矿、工商、建设等事务，以蒋作宾为主任委员，隶属于总司令部。
5月中旬，北伐战争到了最关键时刻，国民革命军总司令部已辖4个集团军。国民政府正式任命总司令部下设各处、科长为总司令部办公厅主任吴思豫、副主任项雄霄，下辖机要科科长陈立夫，总务科科长朱梓久，人事科科长陈智候，文书科科长毛思成；参谋处处长葛敬恩、副处长殷祖绳，下辖第一科科长盛世才（代），第二科科长赵翊邦，第三科科长（不详），第四科科长汪琦，主任参谋刘祖舜；经理处处长缪斌，5月17日刘纪文继任，副处长朱孔阳、孙鹤皋，下辖第一科科长邓刚，第二科科长杨宗烔；孙葆瑢，军法处处长，徐桴于5月17日接任，下辖执法科科长王震南；郭大荣代理副官处处长，张希骞于5月17日接任、副处长陈铭阁，辖总务科科长孙宝瑜，交际科科长魏尔圣；兵站总监黄振兴，参谋长卢佐，辖军械处处长林湘，参谋处处长李鼎曾，卫生处处长金诵盘，经理处处长赵大俊，交通处处长马柄乾。
5月28日，又成立总司令部警卫司令部，以陈诚为司令，应山三为参谋长，7月6日，又任命贺衷寒为警卫司令部政治部主任。
6月初，奉系军阀退出北京，北伐完成。月底，战地政务委员会撤销。
1929年1月，国民党在南京召开编遣会议，决定对各实力派的军队编遣。22日，国民政府国务会议决定，国民革命军总司令部及所辖各集团军总司令部、各总指挥部限于1929年3月15日一律撤销。国民革命军总司令部于3月撤销，其所辖各机关，分别编入军政部、参谋本部和训练总监部。
