1911年11月，云南军都督府决定援川，提出三大宗旨，组织援川军一师，蔡锷任命韩建铎为师长兼援川军总司令，下辖两个梯团，李鸿祥为第二梯团长，张子贞为第一联联长，黄毓英为大队长。张子贞率领部队从贵州威宁、毕节、永宁向四川泸州、重庆前进。12月中旬，张子贞进驻四川泸州，惩办匪徒，剿抚兼施，擒斩匪首多人，川南局势稳定。

然而，四川革命形势变化，川、滇军误会加深，援川巡按使郭灿被张开儒侮辱，引起川军不满。张子贞以大局为重，代表蔡锷向巡按使郭灿道歉，避免了冲突。重庆、泸州已被第二梯团光复，李鸿祥欲北上，留张子贞率步兵第一大队及弹药驻泸，作为北伐基地。面对川军挑衅，张子贞等愤不能忍，请求蔡锷批准，愿以死力大搏一战，进取成都。蔡锷阻止安抚，表示以北伐为急，内哄为耻，滇军与川军误会逐渐消除，与陆军总长黄兴、陕西都督乞援于滇军。

二月十八日，援蜀滇军总司令官韩建铎、第一梯团长谢汝翼，第二梯团长李鸿祥、自贡支队长张子贞，与蜀军政府北伐团全权大使于自流井商定北伐约。滇川两军约定北伐，川军出陕，滇军出荆襄，张子贞任北伐军支队长，驻重庆筹备军械军需，稳定四川东部治安。重庆军政府想违背协约，张子贞力与争之，至欲用兵，以大局威迫乃止。张子贞维护了北伐军的团结，带兵离开重庆向武汉进发。

1912年2月，清宣统帝宣布退位，袁世凯就任中华民国临时大总统，南北统一，滇川北伐军停止前进。同年，蔡锷命令张子贞为支队长，率黄毓英、马为麟所部，助唐继尧援黔。张子贞率部离开重庆，进军贵州，削平各地土匪，恢复治安和秩序。1个月后，张子贞派所部军队扑灭当地叛军，贵州境内逐渐恢复平静。唐继尧电调张子贞领兵赴贵阳，商办善后事宜，并要求张子贞屯兵贵州，协助维持秩序，但张子贞不愿久留贵州，婉言拒绝了唐继尧。