張作霖倒沒有說謊，回奉天後，他就召集了東三省征蒙會議，為征蒙抽調兵力和籌集物資。在他的指令下，奉天兵工廠日夜不停地生產武器，但還得覺得缺口太多，於是又從上海購入步槍五千支，從漢口兵工廠購入子彈數百萬發。
甚至於張作霖把他壓箱底的寶貝也倒騰了出來。直皖戰後，奉軍從皖軍手裡繳獲了一批飛機，他決定從中撥出四架或六架隨隊征蒙。那些天裡，奉天人時常能看到飛機在空中連續不斷地進行訓練。
問題是，連張作霖自己都不知道怎樣才算準備充足。因為他要避免過多的人力物力損失，便把「以武力求和平」作為自己的征蒙方針，其實也就是不停地在家裡倒騰，指望著既增加征蒙的勝算，又能使外蒙活佛和王公感到害怕，達到「不戰而屈人之兵」的目的。
就在他拖拖拉拉，左顧右盼的時候，正對外蒙予以密切關注的蘇俄政權採取了新的行動。1921年6月15日，蘇俄外交人民委員（相當於外交部長）契切林致電中國外交部，聲稱蘇軍必須進入外蒙境內與白俄軍作戰。
蘇俄的這一聲明，完全打亂了中方的征蒙計劃。徐世昌、靳雲鵬深感事態的嚴重性和複雜性，他們一邊通過外交部拒絕蘇軍入蒙的請求，一邊促請張作霖加速進兵。電報發到奉天，張作霖還是「準備不足」，不過與原來稍有不同的是，這次他已經掂出了征蒙的份量。
俗話說得好，看人幹活不累，原先見徐樹錚在外蒙建功，似乎輕輕鬆鬆，等到張作霖真把活接過來，才發現頗不輕鬆：對外蒙的具體情況，奉軍之中包括張作霖自己在內，都不是很熟悉，加上又是懸兵萬里，在物資奇缺、運輸困難的漠北作戰，幾乎每一個細微環節處理起來都令人撓頭。
為了鼓舞士氣，使部卒們克服畏難情緒，張作霖決定像原先許諾的那樣，親自帶隊出征外蒙。幕僚們勸止道：「漠北地形複雜，氣候惡劣，還請大帥留後坐鎮全局為好。」張作霖故作輕鬆地說：「我曾先後兩次到過庫倫，熟知水陸交通，攻打外蒙，並非你們想像的那樣困難。」
張作霖把親征的日期定在7月26日上午，計劃看上去很宏偉也很完美，可惜的是蘇俄不會承認這個時間表。6月28日，在未經中國政府許可的情況下，蘇軍搶在奉軍正式出兵之前，進入外蒙圍剿恩琴，並於7月6日攻佔庫倫，恩琴殘部倉皇逃遁。7月12日，蘇軍將原先一俟消滅白俄軍，即退出外蒙的聲明置之腦後，他們在掌握外蒙實權後，即成立了蒙古人民革命政府。至此，北京政府擬定的種種征蒙言略通告破滅。
張作霖的「親征蒙疆」亦成畫餅，他對外表示「蒙疆已無匪可平，無須派大軍前往，只需政府派人與蘇俄接洽，交還庫恰（指庫倫和恰克圖）即可」。按照張作霖的實際意圖，他是想把外蒙問題再推給北京政府，可是既然蘇俄已控制了外蒙，其棘手難度顯然還要超過以往，這塊燙手山芋如今誰都怕撿，所以徐世昌、靳雲鵬還是命張作霖以蒙疆經略使的身份與蘇俄交涉，以求相機收蒙。
蘇俄佔領庫倫後，嘴上說願將庫倫和恰克圖無條件交還中國，實際與它對待中東路等問題一樣，不過在施欲擒故縱之計而已。他們所派的遠東共和國外交部長優林在與張作霖談判時，對交還庫倫一事一再出爾反爾，提出各種苛刻條件。張作霖系以中方代表出面，所以在談判中始終能以國家主權為重，對優林寸步不讓，雙方談了很長時間，但毫無進展。
蘇俄不肯歸還庫倫的理由之一，是恩琴尚在逃亡途中。8月25日，恩琴被蘇軍擒獲，隨即遭到處決，餘部四散潰逃。北京政府認為這是促其歸還的一個好時機，因而又組織了新一輪談判，但蘇俄根本無意將外蒙歸還中國，不過是以談判換取時間，造成蘇控外蒙的事實而已。11月5日，蘇俄與外蒙地方當局簽約，承認外蒙完全獨立。
年底張作霖受訪時，有人問道：「大帥，蒙古事情，不知現在怎樣了？」張作霖的回答是：「蒙古事不成問題，只要中央政府穩當，我便可把它收復回來。現在中央亂七八糟，收回問題，無從接洽。」又問：「聽說俄國赤黨（指蘇俄）在庫倫駐兵很多，不知確否？」
「不用聽外邊亂說，其實只有三四百人，不成問題。」
事實是，對於外蒙問題，張作霖已經既無心也無力，他如今的全部注意力都轉移到了另外一個話題，那就是關內爭霸。