除此之外，1927年春，阎锡山还收编了国民军第三军。1926年1月，国民军在直鲁联军反攻下退守包头后，军长孙岳患病修养，参谋长徐永昌受孙之托，代理军长职务。徐永昌是山西崞县人，加上段祺瑞对他说：“阎锡山为人稳健，在国内外有些声望，大有前途”，遂通过阎的炮兵司令周玳引荐，于1927年2月在太原与阎见面。徐永昌当初曾将樊钟秀、胡景翼攻打山西的计划转告给了阎锡山，使阎预作准备，击退樊军，所以阎对徐早怀好感。阎有“相见恨晚”之意，而徐则表示愿为阎之“前驱”。因此，4月俩人第二次会面，经过一番磋商后，徐即将其第三军的两个步兵师、1个骑兵师、1个炮兵团及1个独立炮兵团，由驻地包头出发，经碛口渡河入晋，归于阎锡山的晋绥军。第三军的加入，更增加了阎锡山的军事实力。

在此情况下，阎锡山于1927年北伐战争开始之前，又进行了第三次扩军，将原有师的编制，一律扩充为军。扩充后的部队番号及主官情况如下：

第一军，军长商震，所辖之第一、第三师师长分别是李培基、杨士元；

第二军，军长杨爱源，所辖之第二、第六师师长分别是赵承绶、孙楚；

第三军，军长徐永昌，暂时保留原有番号，辖黄胪初、黄德馨两个步兵旅，吕汝骥一个骑兵旅，梁鉴堂一个炮兵团；

第四军，军长谢濂，所辖第四、第十师师长分别是傅作义、卢丰年；

第五军，军长傅汝钧，所辖第五、第十六师师长分别是傅汝钧（兼）、吴藻华；

第六军，军长傅存怀，所辖第十一师、十三师师长分别是杨效欧、丰玉玺；

第七军，军长（缺），副军长张荫梧，所辖之第十四师、十五师师长分别是李服赝、李生达；

第八军，军长谭庆林，所辖骑三师、骑六师师长分别是孙长胜、杨兆林；

炮兵司令周玳，仍辖八个炮兵团；

手榴弹旅，旅长张振万，仍辖两个团；

第十七师，师长孟兴富，归总部直属；

警卫旅，旅长杜春沂，归总部直属。

经过第三次扩军，晋绥军增至13万余人，这还不包括未列入正规编制的被收编的冀南陈光斗、刘桂堂，冀东张赝芳、山东范澄秋等部队。因此，在北伐战争前，晋绥军已成为一支在国内颇具规模且举足轻重的武装力量。

阎锡山在不断扩充军队数量的同时，为提高其部队的素质并增强部队的战斗力，还在培养军事干部和发展军事工业方面苦心经营，作了不懈的努力。