第二次扩军之后时隔不久，阎锡山便乘冯玉祥的国民军兵败，占有了国民军的地盘绥包，将辖区扩大到晋省以外的地区。随着辖区的扩大，晋军相应地改称为晋绥军，同时将原来旅的编制扩充为师，编为17个师。师辖一个旅及一个团，旅辖两个团，团约1500余人。其部队番号及主官如下：
第一师 师长 李培基 第二师 师长 赵承绶
第三师 师长 杨士元 第四师 师长 傅作义
第五师 师长 傅汝钧 第六师 师长 孙 楚
第七师 师长 张会诏 第八师 师长 关福安
第九师 师长 李维新 第十师 师长 卢丰年
第十一师 师长 杨效欧 第十二师 师长 高鸿文
第十三师 师长 丰玉玺 第十四师 师长 李服膺
第十五师 师长 李生达 第十六师 师长 吴藻华
第十七师 师长 孟兴富
是为第三次扩军之起始。
1927年春，徐永昌率国民军第3军投晋，使阎锡山的军事力量得到了进一步的增强。徐永昌原系孙岳国民军第3军参谋长兼第1师师长，深得孙之信赖。徐因籍隶山西，又对阎锡山之“模范省”有好感，故有不同意续桐溪进攻山西，进而为阎锡山通报樊钟秀攻晋消息之举。樊钟秀攻晋时，徐随孙岳转攻天津，占了天津。1926年1月直鲁联军反攻，国民军兵败退守包头。其时，第3军军长孙岳患病休养，徐永昌受孙之托，代理军长职务。是年“9月17日，冯玉祥从苏联回国在五原誓师响应北伐，致电徐永昌，与其共举大事。徐想起当初段祺瑞曾向他说：‘冯玉祥难共事。你是山西人，不如接近阎锡山。阎锡山为人稳健，在国内外有些声誉，大有前途。’” 所以，徐未答应冯之所请，而于次年2月通过阎的炮兵司令周玳的引荐，赴太原面见阎锡山。
“阎锡山对徐早怀好感，这次徐永昌到太原，由周玳引见，与阎会面，阎一见即向人表示‘恨相见太晚’。”徐永昌则向阎表示，“‘我是山西人，不愿对晋军作战，雁北战役我就未入晋地。张作霖贪得无厌，凶狠异常，祸国殃民，如要讨张，我愿为前驱’。阎对他抚慰备至，优礼厚赠，请他仍回包头驻防。4月，徐永昌二次到太原见阎锡山，表示愿率部进驻山西，并提出：（一）不改变国民军第三军的番号，以客军驻晋；（二）打奉军愿为先驱。阎锡山一一照允，并给他一笔巨款，以资开拔。徐的第三军步兵两个师，骑兵一个师，炮兵一个团及一个独立炮兵团，沿黄河西岸南下，由碛口渡河入晋，驻汾阳县一带。”
徐永昌率部进入山西后，虽因孙岳仍领第3军军长衔，一度继续保留第3军原有番号，直到翌年孙岳病故之后，方才加入晋绥军序列。但事实上第3军从一入晋始就已经成为晋绥军的一部分。徐本人则自当时起，即与阎锡山合作共事，相交相知，历数十年，一直到终死台湾。
徐永昌的加盟，以及对谭庆林所部直军等部的收编，使晋绥军的实力进一步扩大。第三次扩军完成是在1927年北伐之前。此前，晋绥军只有师的编制，第三次扩军即是将原有师的编制，一律扩充为军。扩充后的部队番号及主官如下：
第一军 军长 商 震
第一师 师长 李培基 第三师 师长 杨士元
第二军 军长 杨爱源
第二师 师长 赵承绶 第六师 师长 孙 楚
第三军 军长 徐永昌
第四军 军长 谢 濂
第四师 师长 傅作义 第十师 师长 卢丰年
第五军 军长 傅汝钧
第五师 师长 傅汝钧（兼） 第十六师 师长 吴藻华
第六军 军长 傅存怀
第十一师 师长 杨效欧 第十三师 师长 丰玉玺
第七军 军长（空缺） 副军长 张荫梧
第十四师 师长 李服膺 第十五师 师长 李生达
第八军 军长 谭庆林
骑三师 师长 孙长胜 骑六师 师长 杨兆林
炮兵司令 周 玳（仍辖八个炮兵团）
手掷弹旅 旅长 张振万（仍辖两个团）
另：第十七师 师长 孟兴富（归总部直辖）
警卫旅 旅长 杜春沂（归总部直辖）
此次扩编完成后不久，阎锡山“又用北方国民革命军总司令名义，在暗中收编了冀南的陈光斗、刘桂堂，山东的范澄秋，冀东的张膺芳等部队，均系估计人数酌给接济，不列入正规编制之内。”
综上所述，经过前后三次扩军，晋绥军迅速崛起，由旅成师，又由师而成军，军队人数急剧膨胀，从两万余人增至13万余人，成为国中屈指可数的几支主要的武装力量之一。阎锡山也随之成为一名颇具声势的地方实力派人物。
二、宣称“保境安民” 发展军事工业（1）
对于一支近代化的军队来说，武器不是决定的因素，但是重要的因素。军队的强大与否，武器的优劣与兵员的多寡同样重要。阎锡山深谙此理。所以，从他独掌山西军政始，即十分注重军事工业的发展。
近代山西的军事工业，可以上溯到创立于晚清的“山西机器局”。在鸦片战争以后兴起的“洋务运动”中，山西始有真正意义上的近代工业——1892年创办了山西火柴局，1895年设立了山西工艺局。此后，时任山西巡抚的胡聘之于1897年上奏清廷，“请求设立以修造枪械为目的的山西机器局。1898年（清光绪二十四年）正月初一，清朝政府下谕各省：‘据荣禄奏，各省煤铁矿产以山西、河南、四川、湖南为最，请饬筹款设立制造厂局渐次扩充，从速开办，以重军需。着就各地方情形认真筹办，总期有备无患，足以仓猝应变’。同年三月，胡聘之聘任候补道徐桂芬为山西机器局总办，拨出库银480两择址于太原北门外柏树园普济观旁购庙地38亩筹建。派候补知县王曾奇赴天津口岸，通过英国福公司天津洋行购来机器设备，并以高薪由天津、汉阳等地招募来30余名技工。同年12月又上奏朝廷，获准动用光绪二十三年山西整顿归绥（今呼和浩特市）关税敛收之余银50000两，作为开办山西机器局的经费。同年底机器局初具雏形，部分开工生产，并向社会亮出‘机器局’招牌。” 山西机器局下辖“五厂一房”，即机器厂、翻砂厂、熟铁厂、木样厂、铜帽厂以及锅炉房。虽名之曰机器厂，实际只是一个枪械修理厂，其生产以修理枪械为主，兼造初级火器，大刀、戈矛、洋鼓、洋号等。枪械产品起先为十八毫米口径的“二人抬”火枪，后改为由英国福公司提供全部金属件，配制枪托进行装配，生产只能装一发子弹的“独子快枪”。“独子快枪”虽远远落后于英军当时装备的五子连发步枪，但在国内仍属新式武器，受到清廷赞赏。加之1900年慈禧出逃西安时，为“护驾”卫队马玉昆部修械有功，山西机器局一时名扬全国。
阎锡山的军事工业就是在山西机器局原有基础上发展起来的。从辛亥至1930年中原大战，在阎锡山的一手主持下，山西的军事工业从小到大，从弱到强。整个过程大体经历了下列几个时期：
1、山西陆军修械所时期。“这一时期，由民国三年（1914年）到民国九年（1920年），共计六年。在这一时期中间，扩大范围，增添设备，逐步向前发展。”
辛亥革命山西光复后，军政府便迅速接管了山西唯一堪称军事工业的“山西机器局”。随即任命李陶庵（李蒙淑）为机器局局长，着手进行扩建工作。几年中虽有一定的发展，职工由初创时期的80余人，增至200余人。但基本情况未变，仍保是留原“五厂一房”，仍以修理枪械为主。
1914年7月，阎锡山任山西督军期间，开始对原山西机器局进行改组，成立了“山西陆军修械所”。山西陆军修械所与山西机器局所不同的是，它不再是相对独立的机构，而是隶属于督军公署的军械局，直接纳入阎锡山政治军事的运行机制之中。
修械所创办后，其经费指定由杀虎口（山西雁北通往口外的一个重要关口）的税收供给。其负责人——所长，先由督军公署军械局一等局员郑祥徵担任，同年10月改由原机器局局长李陶庵兼任 。因经费关系——每月仅1400元，修械所创办初期，只在内部进行了一些革新整改，无大的变动。书包 网 。 想看书来
二、宣称“保境安民” 发展军事工业（2）
1917年，阎锡山以山西督军兼省长后，与其第一次扩军相适应，对军事工业进一步重视了起来。修械所得以继续扩大与发展。
制约修械所发展的因素在于经费之不足。阎锡山为解决修械所的经费问题，首先设立了“铜元局”。铜元局看似与军事工业风马牛不相及，但事实上正是它为阎锡山军事工业的初步发展奠定了物质的基础。铜元局的作用在于用低价从民间收购旧式制钱，然后铸造铜元，从中获利。“阎锡山筹谋以‘三九’制钱（即含铜量％的制钱）为原料，用三文制钱改铸可当20文制钱的铜元一枚，在全省流通制钱中约用50亿文，改铸铜元19亿枚，可当制钱340亿文，币值即扩大倍。按当时主币银元与制钱的兑换率，所铸铜元即相当于1700万银元；若按流通中的约50亿文制钱计则不过250万银元，一经改铸之后相比，凭空获得1450万银元之巨”。
筹建之初，从节省经费考虑，铜元局由杭州订购了一批制造铜元的旧机器，“于是扩充范围，兴工建筑。计增设提铅厂、炼铜厂、熔化厂、钢模厂四个厂，原有的机器厂改为印花厂、碾片厂、较准厂、铳光厂等，同时添购了大锅炉一部，一百马力的汽机一部，并将锅炉房也加以扩充。当时全所组织加以革新，所长下设技正二人，以王嘉瑞（字梦龄，英国维多利亚大学毕业，学电气的）、郑永锡（字恩三，英国习菲尔大学冶金科毕业）担任。各厂添设厂监，职员工人共有400余人”。 就职工人数而言，较前增加了一倍。
与此同时，为今后军事工业的发展，一方面选派张书田、刘笃恭等10余名大学毕业生赴当时国内军工技术比较先进的汉阳兵工厂技术学校学习深造；一方面在修械所内创设“实习工业学校”，招收学员百余名，半工半读学习技术（后改归国民师范职业科）。
山西陆军修械所名实相符，仍以修理枪支炮械为主。虽较其前身——山西机器局有了不小的发展，但仍称不上是真正意义上的军事工业，只能视为阎锡山军事工业之雏形与嚆矢。
2、山西军人工艺实习厂时期。“这一时期，是自民国九年（1920年）三月至十五年（1926年）共计七年。其间改革制度，变更组织，增添设备，新建工厂，较各时期为多，而兵工厂规模之形成，亦在此时期。”
1920年初，北洋军阀政府鉴于群雄蜂起，兵员激增之情形，为限制各省武力，通令裁军。对此，阎锡山一面继续图谋发展，一面虚与委蛇做表面文章。“山西军人工艺实习厂”就是这样的产物。
适逢前此派往汉阳兵工厂学习军火制造技术的张书田等一批大学生学毕归来。同时，铜元局通过铸造铜元，有了一定程度的资金准备。1920年3月，阎锡山将原“山西陆军修械所”与“铜元局”合并，改称“山西军人工艺实习厂”。“实习”者，实践学习是也，这一改，顿使山西的军火工业有制造枪械弹药之实，而无有其名，既可表示出拥护裁军的姿态，又不影响自身的发展。阎锡山善于作文字游戏，由此可见一斑。
山西军人工艺实习厂，是在必要的资金准备和技术准备（除了派出去学习的十几名大学生之外，还从汉阳兵工厂招聘了一些技术工匠）的基础上产生的。它的诞生，有力地促进了山西军事工业的发展。
二、宣称“保境安民” 发展军事工业（3）
实习厂初建之时，实行总办制，由第一混成旅旅长商震兼总办。总办下设厂长，李淑蒙任厂长。开始下设铜元、化炼、总务3科。总务科辖出纳、保管、文书、会计、采买、执事等股；铜元科辖铜元、碾片、印花、较准、钢模、铁工、木样、虎钳、机器等分厂；化炼科辖提铅、炼铜、化渣、淘铜、翻砂等分厂。后又设电汽科，购置发电机，为全厂提供动力。因军器中枪弹消耗较大，尤感需要，又从上海兵工厂订购日产2万粒子弹机一套。1921年7月，山西军人工艺实习厂的组织机构重新作了调整。原总务科撤销，其所属各股直隶于总办、厂长；铜元科改为机械科，管理铜元制造、军器修配、动力供给；化炼科仍旧；另设一枪弹科