1917年－1928年，为培养军事人才，张作霖先后派出200余名留学生，去日本、法国各军事专科学校学习，如日本的陆军大学、步兵专门学校、骑兵专门学校、炮兵专门学校、航空专门学校，法国的毛兰纳和高特龙航空专门学校、法国陆军学校等。这些人回国后，均被委以重任，成为奉系的骨干，如何柱国、邹作华、杨正治、盛世才、徐英、孙铭九等人。
同时，为发展东北经济，增强实力，张作霖还向日本、美国、英国、法国、德国、比利时、奥地利、瑞士等国派送理科、工科、机械科等各类学科人材600人。这些人员学成回国后，由教育厅逐一考察学生，酌量提出任用意见，张作霖亲自审查批准任用，基本都被分配到重要部门，为奉省的经济建设作出重要的贡献，东北才能有了张学良统治时期的十项全国第一。
张作霖统治时期，还特意选派一些女学生出国学习。1923年，奉天省教育厅指令驻日经理员蔡多祥，调查选择在日留学的女生，视情况给以奖励。奉天省黑山县女子周淑清伴黎元洪之女黎绍芬赴美留学，于1923年远隔重洋向张作霖条陈，“奉省于刷新百政之中，有遣派女生留学西洋之必要。”对于一个名不见经传的小女子的条陈，张作霖也非常重视，在批文中写道：“仰教育厅查核办理具报。”
宁可少养五万兵也要办东北大学
第一次直奉战后，张作霖在整军经武的同时，再次狠抓教育。他欣然采纳奉天省长王永江、教育厅长谢荫昌的建议，创办东北大学，并对王永江说：“我没读过书，知道肚子里没有墨水子的害处，所以可不能让全东北人没有上大学求深造的机会，岷源（王永江的字），一切事我都交给你了，开学越快越好。用钱告诉我，不管多少，我宁可少养五万陆军，但东北大学是非办不可。”
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