刘翼飞任东三省兵工厂厂长

　　1930年春，刘翼飞任东三省兵工厂厂长，“整饬厂规，事业日见进步”。4月爆发蒋、阎，冯、桂中原大战，东北军有举足轻重之势。张学良倾向蒋介石，于9月18日发表拥护“呼吁和平的通电”率军入关。于学忠为第一军军长，王树常为第二军军长，刘翼飞的独立第十旅归第二军王树常统辖，进驻廊坊。东北军入关后，冯玉祥、阎锡山迫于形势，遂罢兵宣布下野，中原混战就此结束。

 　　中原大战结束后，张学良援蒋有功，被任命为全国陆海空军副司令，驻节北平，节制华北和东北。张学良特命刘翼飞为察哈尔省主席。刘翼飞曾以不谙政治电辞省主席职，但未获批准。1931年初刘接任察哈尔省主席职，南京政府褚民谊、吴铁城到张家口监誓就职，并于同年由张学良介绍加入国民党，兼察省特派员，仍兼任第十旅旅长。南京派五人参加省政，各怀心腹，同床异梦。刘翼飞上任后，曾定有开发龙严铁矿，建设张(张家口)多(多论)铁路，开蔚县石棉矿等计划，均限于财力未能实现。是年冬，山西骑兵副军长王英以抗日为名窜拢察边，被刘翼飞扣押，并瓦解其队伍。1931年9月18日夜。日本关东军炮轰沈阳东北军驻地北大营，制造了震惊中外的“九·一八”事变。事变发生后，刘翼飞曾建议张学良将军放弃地盘主义，率东北军出关抗日，血染长城，宁为玉碎不为瓦全，免受国人责难。他本人愿卸察省主席之职，率所部为前驱，联合抗日分子，出林西、开鲁，直捣四平。但由于张学良一味相信"国联"持不抵抗主义，其愿望未能实现。

刘翼飞被替

　　1932年9月，张学良改派宋哲元为察省主席，接替刘翼飞。刘脱离国民党。1933年2月，长城抗战爆发，北平军分会任命刘翼飞为华北第二集团军抗日挺进军总指挥，指挥由东北退到察省之东北义勇军(冯占海、邓文、李忠义等部)。这期间刘翼飞赴多伦等地视察。1932年3月12日，热河失陷后，张学良被迫下野出国“考察”，何应钦继任北军分会代理委员长。何在蒋介石的指使下，勾结日寇处处掣肘，分化瓦解抗日队伍，致使察省抗日队伍解体。刘翼飞任北平军分会上将委员。1934年初刘赴上海转道香港去迎从国外归来的张学良将军。1935年6月，何应钦同日本驻屯军司令官梅津美治郎签订《何梅协定》，取消一切抗日活动。但是这并不能满足日本侵略者的要求，进而制造华北更大的危机，北平军分会被迫撤销。南京政府特聘刘翼飞为军参议院上将参议，刘未去南京在野赋闲。