对张汉卿而言，不但自己，就是老27师的官兵们也甚少受到系统的军事培训，这对一支立志于撑起东北一片天、并伺机壮大的军队来说是非常不能接受的。另外，没有带过兵的军官，是不合格的；没有受过合格训练的军官的指挥，在战场上就是对军人的犯罪。在这个意义上，他要读军校。而且他深知，旧式的军队是无法支撑起改造国家的任务的，他要择人善用，打出自己的一片天来，这一前提是寻找一些志同道合的军官。
东北有军校，那就是东北讲武堂。
1907年8月，东三省总督徐世昌遵照清政府兵部奏定“各省应在省垣设立讲武堂，作为带兵者研究武学之所”，遂借用奉天陆军小学堂房舍（大北关老将军府院内）最终设立东三省讲武堂。1908年10月移至奉天省城小东边门外，校名始为东三省讲武堂普通科，又改为陆军讲武堂选拔巡防营优秀军官入堂培训，学期一年。辛亥革命后停办。
这个军校在1912年的时候，因为张作霖的巡防营改为陆军师，张为整顿军队，又继续开办，名为陆军二十七师随营讲堂，分为军官团和军士团，1915年因中日交涉再次停办。直到1918年末，张作霖就任东三省巡阅使，为在东北进一步称霸，大肆扩军。为了解决军官不足问题，1919年3月，在原东三省讲武堂原址重新开办讲武堂，校名定为东三省陆军讲武堂，隶属东三省巡阅使署，先后举办八期。作为奉系军阀的军官学校，奉系军队的高、中级军官基本都经过它的培训。它在提高奉军的战斗力，促进奉系军阀的形成和发展过程中，起过重要的作用，在中国的军校史上也非常著名，与云南讲武堂、保定陆军军官学校以及后来的黄埔军官学校并列为当时中国的四大军官学校。
奉天讲武堂原来就是东三省最高的职业军官培训场所。东三省讲武堂的教官，都是在军队中有一技之长的人物，各有特色。像吴俊升精通骑兵作战之法，张作相在步炮联合方面颇有所长，以及姜登选的步兵操练等等，在当时军界都是有名的。
在可预见的将来，父亲麾下的军队起来越多，如何很快完成对军队战斗力和指挥能力的提升？答案是教育和培训。为此，他积极游说张作霖尽快重新恢复奉天讲武堂的开立。而雄心勃勃的张作霖亦认为：要想雄霸天下，必须要有雄厚的兵力。为此，他在整军经武、大肆扩军的同时，深感军事人才匮乏。当真是父子有感应，两人一拍即合。
仿照后世黄埔军校的成就，张汉卿积极建议张作霖亲自担任奉天讲武堂的堂长（校长），以彰显其重要程度，从而带动各级军官入学的兴趣。在中国，这是官场常态，像乾隆就是兼任了《四库全书》的总编撰，从而使纪晓岚得以顺利完成此一重大文化盛举一样，所谓老大难，老大出手就不难。当然，能够培养并掌握嫡系亲信是另一个隐而不发的深层意义。像老蒋，不就是靠着黄浦军校的一堆毕业生才能够在中国政坛呼风唤雨几十年吗。
张作霖委任张作相为教育长、孙烈臣为总队长，设教育、庶务、军需、军医、兽医、书记各官，学员编为四个中队。堂长之下设监督一人，由张作相兼任，肖其煊为教育长，增设步、骑、炮、工、辎术科担任官各一名，由队长或教官兼任，中队设置步、骑、炮、工、辎五科，培训对象主要是奉军各部队在职初级军官，每期400名，学期一年。
学习内容分为学科和术科两大部分。学科有两项，一为六大教程（战术、兵器、地形、筑城、交通、军制），二为典范令（各兵科操典、射击教范、阵中勤务令、通信教范、内务规则、陆军惩罚令等），以及马学、卫生学等。
术科则包括操场教练、野外演习、技术体操、劈刺、马术等，教官由国内各军官学校和留日回国军官担任。
27师所有排及以上军官必须参加为期一年的这种进修，是为军官班。由于人数较少，经张汉卿建议，除招收现役军官外，同时留出一半名额供有志于从军的青年学生、及一部分有小学知识程度的士兵报考，入军士班，学习期限亦为一年，但青年学生毕业后须见习三个月方准补用为初级军官。
不要小看这些学生：相比于传统的兵油子，这些青年最大的不足是未经实战，但是只要有充足的时间，这些能够识文断字的书生绝对会后来居上，因为高素质的军士可以更快的掌握高技术武器，多兵种合成化程度也高。有文化的士兵同样是一笔价值不菲的财富，经过理论的熏陶，其战场经验可以很快地转化为知识，并迅速提升军事水平，事半而功倍。
当然，这种培训不是一帆风顺的：习惯于大老粗生活的军官们非常不情愿于重新拿起笔杆子重回训练场，只是张作霖有严令，未经讲武堂进修合格之人员，不能从事于各级部队一线主官的岗位。当然，有机会晋升的识字士兵及投身于军营的社会青年学生们对于这个既能提升军事素养又能很快看得见实效（职级）的讲武堂是怀着十分崇敬的心理来加入的，其学习效果不可同日而语。
同样是基于充实自己的心理，张汉卿自告奋勇要参加第一期的培训，这让张作霖大吃一惊。这个长子他是清楚的，聪明机智是不用说的，在近来即有十分夺目之表现。但是作为少帅，他又惯常不为清规所扼累，小小年纪，能够吃得了这个苦吗？不过，儿子主动要去锻炼，做父亲的当然乐见其成。就是张汉卿不愿意去，他还要想方设法逼他咧。在这个乱世，执掌兵印子，没两把刷子怎么行？
他深知儿子冲动的个性，便装出很惊讶的神情说：“什么？你要上讲武堂？你别给我丢人了，你去不了几天干不了，又出来了，那不是给我丢人吗？”
张汉卿被老帅一激，忍不住说：“人家能，他们干得了，我为什么就干不了？”
张作霖说：“好，你若能在讲武堂毕业的话，你出来我就给你个团长当当。”
张汉卿一乐，嘿，不用你激，我本来就是要学点东西，不然怎么在这乱世混？好好混一年，还能平白捞个团长。在后世，这团长怎么着也得是个上校。按照县团级的说法，到地方上大小也是个处级干部了。
就这样，张汉卿进入奉天讲武堂炮兵科学习，成为讲武堂炮兵第一期学员。