Tháng 10 năm 1924, Phùng làm cuộc chính biến tại Bắc Kinh và sau đó cải tổ lực lượng bản bộ thành Quốc dân quân (國民軍). Tống được Phùng bổ nhiệm làm Sư đoàn trưởng Sư đoàn 11 Quốc dân quân. Năm sau, Tống được Phùng cho làm Đô thống Nhiệt Hà. Tống đã có nhiều nỗ lực để phục hồi nông nghiệp cho Nhiệt Hà, đồng thời phát triển xưởng quân giới tại đây, đạt mức có thể chế tạo được kiểu súng Mauser C96 để trang bị cho Quốc dân quân.

Tháng 1 năm 1926, Phùng Ngọc Tường thất bại trong chiến tranh Trực - Phụng lần thứ hai, bỏ trốn sang Liên Xô. Lực lược Quốc dân quân do Trương Chi Giang và Lộc Chung Lân lãnh đạo. Tống bấy giờ nhận chức Tổng tư lệnh Tây lộ, phò tá Trương, Lộc tác chiến, đưa lực lượng còn lại của Quốc dân quân về được Tuy Viễn.

Tháng 9 năm 1926, Phùng Ngọc Tường trở về nước, tuyên bố quy phục Quốc dân đảng, cải tổ Quốc dân quân thành Tập đoàn quân số 2 Quốc dân Cách mệnh Quân. Tháng 6 năm 1927, Tống Triết Nguyên được bổ nhiệm làm Tổng chỉ huy Phương diện quân số 4 thuộc Tập đoàn quân số 2.[1] Tháng 11 cùng năm, Tống nhậm chức Chủ tịch Chính phủ tỉnh Thiểm Tây.

Sau Chiến tranh Bắc phạt, Phùng Ngọc Tường và Tưởng Giới Thạch phát sinh mâu thuẫn, Tống theo Phùng làm cuộc chiến tranh phản Tưởng. Tuy nhiên đến năm 1930, Phùng đại bại, đưa tàn quân rút về địa bàn của Tống. Sau đó, Phùng cùng Trương Học Lương (Trương vốn được Tưởng cử đi chiêu dụ Phùng) hợp tác. Phùng sau đó biên chế lại quân bản bộ, chia lực lượng thành 3 quân đoàn, mỗi quân đoàn có 3 sư đoàn, nhập vào với Đông Bắc quân của Trương, trú đóng tại Sơn Tây. Tháng 6 năm 1931, lục lượng bản bộ của Tống biên chế lại thành Quân đoàn 29 và Tống vẫn được giao làm Tư lệnh. Quân đoàn 29 của Tống đóng tại Nam Sơn Tây, chịu trách nhiệm phòng thủ biên giới các tỉnh Nhiệt Hà và Sát Cáp Nhĩ trước quân Nhật tại Mãn Châu quốc.