1924年3月,杜聿明和堂兄杜聿鑫、陕籍青年阎揆要、关麟征、张耀明等十一人,从北京取道天津,搭乘英轮南下广州。在校期间,对学习从不马虎,军校设置的步、炮、工兵等军事课程、战术战法和队列操练的演示、模拟等,他都是全身心的投入,极认真的学仿。杜聿明和同学们还参加了讨平广州反动商团的战斗,这是他第一次经历真刀真枪的沙场冲杀。当年年底一期学员毕业以后,他被分配到何应钦第一教导团第一营第三连当见习官兼军需上士。不久擢升为第二排副排长。【1】
1925年春,在军校的号令下,讨伐广东军阀陈炯明的战斗打响了。攻打淡水城时,杜聿明和同期的**等同学报名参加了教导团组织的敢死队进行爬城攀攻,最先登上城头的也是杜、陈两人,紧接着他俩又打开城门,迎来大队人马歼灭残敌,终获全胜。【1】同年3月初,杜一行四人到了北京,受到汪精卫的接待。他们见到了已处于昏迷状态的孙中山。杜聿明将廖仲恺的亲笔信双手递给了孙先生的副官马湘,后写了一封致廖先生的信,汇报了孙中山的病情。接着,他们转赴开封,在胡景翼的直接领导下,协助苏联顾问,筹办军校。
不久,国民二军高桂滋团补充营营长、大地主吴宝山为扩大自己的势力,用重金聘请杜聿明为副营长兼第一连连长。杜郑重地给广州革命大本营及黄埔军校分别写了书信,汇报情况,请示行动。国民**组织部即回信指示:希望杜聿明仍留北方,争取机会和马湘联系,参加在北京碧云寺停厝的孙中山先生灵榇的守护。这时,正好高桂滋奉令率部开赴北京,担任京畿的卫戍勤务,重新组编的吴宝山补充营也随团北上。到达北京后,高桂滋将补充营改为特务营,派该营进驻西山碧云寺静宜园,守护孙中山灵榇。杜聿明仍任该营副营长兼第一连连长。【2】
北伐战争
1926年7月,广州革命政府誓师北伐。杜聿明南下归队。历尽千辛万苦到达南京,不幸被孙传芳的稽查队抓获,关进南京老虎桥监狱。随后越狱逃到武汉,去见邓演达。去武昌南湖学兵团找黄埔军校武汉分校学兵团团长张治中。随后杜聿明在张治中学生兵团任第一营第三连中校连长。【1】
1928年夏,张治中考察回国,任**陆军军官学校训练部主任,令杜为该校杭州预科大队第二中队中校队长;次年初,杜回南京军校任第七期第四队中校队长;同年冬又任新编第一师第二旅参谋主任。
1930年初,蒋介石成立教导第二师,张治中任师长,杜聿明任该师第二旅第五团一营中校营长,不久升为该师第六团上校团长。
1930年冬,教导第二师改番号为陆军第四师,杜为第十二旅第二十四团团长。师长徐庭瑶要求部属甚为严格,看到多数团队都是松松垮垮的样子,唯独杜团认真遵照其指示办事,教育训练各方面井井有条,操练娴熟,因而对杜大加赞赏。
1932年初,徐庭瑶的第四师奉命开赴皖北参加大别山“围剿”红军,在霍丘被红军邝继勋部击败。在关键时刻,徐令第二十四团全力反攻,杜聿明率部穿插,突入霍丘,使红军损失重大。徐庭瑶为他记首功,并上报晋升杜为少将团长。这年冬,徐升任第十七军军长,杜被委为该军第二十五师第七十三旅旅长,不久升为该师副师长。
1933年2月,日本侵略军分兵三路进攻热河,第二十五师奉命从徐州、蚌埠一带开往通县集结,阻击敌人。3月9日,第二十五师到达石匣镇后,杜聿明和关麟征驱车往古北口,与东北军军长王以哲联系。杜聿明代理师长职务,指挥该师官兵,同日寇浴血奋战。3月12日,杜奉命将阵地交与第二师。同年秋,杜聿明进入南京**军校开办的高等教育班第一期进修。学习期间,经同乡、黄埔一期同时毕业的马志超介绍,参加了复兴社。
1936年春,杜聿明从**军校高级教育班毕业。杜本应返第二十五师供职,但由于和师长关麟征相处不甚**,不太愿回去。徐庭瑶即向蒋介石保荐他到新成立的南京陆军交辎学校担任学员队队长,负责培训指挥机械化部队作战的军官。10月5日授予少将军衔。
1937年,交辎学校战车营、交通兵第二团所属装甲汽车队合编,并补充一批战车,建成国民党军第一个陆军装甲兵团,杜聿明委为第一任团长。“八·一三”淞沪抗日时,杜率领装甲兵团第一营的二、四两连,在上海汇山码头协同步兵阻击企图登岸的日军。