1929年1月，就任驻吉东北边防副司令长官兼吉林省主席及东北政务委员会委员等职。同年夏，张学良所部占领中东铁路，发生“中苏事件”，日本从中竭力鼓吹作战，以收渔人之利。国民党政府也命东北当局出兵攻击苏军，以削弱东北实力。张作相与张学良分析内情，主张罢战言和。

　　1930年4月，阎锡山、冯玉祥联合倒蒋，当时东北举足轻重，双方都想拉张学良以加强实力。张作相力主东北闭关自守，固守关外，不参予内战，休养生息，训练士兵，扩充实力，静以待变。张作相在吉林任职期间，修吉敦铁路，建吉林大学，兴办自来水，铺筑柏油马路，拒绝与日本人合作修筑吉海铁路。

　　他组建了吉林省城自来水筹备处，建了第一座自来水厂 。成立了吉海(吉林-海龙)铁路建设筹备处 。修建了吉林第一条柏油马路 。为发展吉林的教育事业，张作相拨款在城外八百垄(今东北电力学院校址)建立了全省最早的一所大学-吉林省立大学，张作相亲任校长 。

　　1930年9月，张学良入关，把东北军政大权交张作相代理。当时驻东北日军蠢蠢欲动，张作相等未采取防范措施，而张作相又于“九·一八”事变之前回锦州为父治丧，把吉林军政大权交其参谋长熙洽代行，为日军入侵和熙洽降日造成可乘之机。日本自从在东北制造“万宝山事件”和“中村事件”之后，不断挑衅。1931年9月15日，东北边防司令长官公署副官处副处长李济川奉张学良之命，到锦州面见张作相，请张作相速回沈阳主持大政。张作相以其父丧事未毕为词，而没立即返沈。

　　“九·一八”事迹后，张作相从锦州去北平，与张学良商讨对策，张学良转请南京政府，令张作相代理东北边防司令长官，设长官公署于北平，以维持东北危局。张作相以东北边防机构在北平挂牌为耻，坚持不就。

　　1933年张作相出任国民政府军事委员会北平分会委员。同年2月任华北军第二集团军总司令兼第六兵团总指挥于热河督师抗日。热河失守，张作相退兵古北口。后见南京政府先令东北军抗日，东北军失利，又迫使张学良下野，张作相愤而辞去军职，下野隐居天津。

　　“九·一八”事变后，日本侵略者以张氏声望素著，具有号召军民力量，派人去天津，饵以高官厚禄，张作相坚拒不就，张作相在东北的财产悉被伪政权没收。

　　1942年9月，张作相从天津赴长春(当时伪满洲国的“新京”)。为拉拢张作相，伪国务总理张景惠、日本关东军司令都曾会见并宴请，张终未就任伪职，旋复居津。

　　1942年汉奸洪维国受日本侵略者指使，面见张作相，请其出任华北防共委员会主任之职，被其拒绝。

　　1945年抗战胜利后，张作相仍隐居天津。国民党南京政府委任张作相为东北行营政治委员会委员、东北剿共副总司令之职。张作相只借此每年到东北办理敌伪没收之房地产，而未实际参与国民党政权的军政活动。1948年10月，解放锦州时，张作相在锦州被俘，受到解放军的礼遇，并派车送其返回天津。在平津战役前夕，南京政府又委任张作相为国民政府国策顾问，并令其去南京，张作相置之不理，而未前往。

　　不幸逝世

　　1949年3月，张作相患病死于天津。