谭延闿第三次离湘赴沪，在国民党人的联络下，思想发生了转变，决定追随孙中山。一介文人，却几度戎马：赴湘讨赵、回师援粤、东征陈炯明、平定杨刘。
赵恒惕上台后，并未积极响应北伐号召。而谭延闿因为被赶出湖南而政治立场发生了较大变化。为了在湖南重新组织革命力量，孙中山决定再次争取谭延闿。
此时，谭延闿第三次离湘赴沪，政治上的不如意让他感到苦闷。他也在反思自己多年的政治经历，寻找问题的所在。在杨庶堪、张国元等国民党人的联络下，谭延闿与孙中山频频通信，“讨论国是”，互相加深了解和认识。孙把谭看做党内急缺的“政治人才”，而谭也开始被孙中山的三民主义所吸引。
１９２０年１２月底，孙中山回到广州，重组军政府，同时也开始筹划把陆荣廷赶出广西，以统一广西地区。１９２１年７月，大规模的讨桂战争打响，军需供给缺乏。谭延闿便利用自己的政治声望联络有关人士讨桂，同时还利用私人关系，在上海“策划筹解湘饷银累数十万”资助孙中山的讨桂斗争。
１９２２年５月，直奉战争爆发，直系获胜，黎元洪出任总统，颜惠庆任内阁总理。由于直系想利用黎元洪与护法军的渊源关系统一南北，遂任命谭延闿为内务总长。但谭延闿拒绝了这一任命。
６月１６日，广东军阀陈炯明发动政变，炮轰总统府。８月，孙中山被迫离粤赴沪，谭延闿亲往码头迎接。在与孙中山的连续交往中，谭延闿日益感到孙中山有着渊博的知识，其思想更是博大精深，每每向人说道：“革命领袖非孙公莫属。”还说：“近与总理常相处，得一教训，即天下事无所谓成败之说也。事前种种着急，皆属多事，与吾平日信天之说合成一片。”
１１月１５日，谭延闿在上海环龙路四号孙中山住宅内加入国民党，他积极支持革命，不惜毁家纾难筹集军费，变卖田宅资助北伐。那时有流言说他已经派代表赴京接洽北洋政府的任命。针对谣言，谭延闿发表通电说：“报载延闿有代表李德裕，在京接洽。延闿并无派代表赴京之事，特电声明。”至此，谭延闿已经断绝了与桂系及北洋军阀的一切联系，决定衷心拥护孙中山的民主革命主张。
１９２３年，孙中山确定了“联俄、联共、扶助农工”三大政策，并召约谭延闿前往广州。２月２１日，谭延闿正式抵达广州。谭延闿故地重游，自然有万千思绪，因而做诗一首：小院闲庭熟荔枝，栏杆步步耐寻思。书声未歇茶烟飏，尚友轩前听雨时。在美好的景致面前，五年前“重来庭院都非昨，唯有斜阳似旧时”的忧伤随着滴答的雨声，一去不返了。
３月１６日，谭延闿正式就任陆海军大元帅府大本营内政部长，着手内政部的组阁工作，委任相关人员，并组织开展正常工作。５月７日，孙中山又任命谭延闿为大本营建设部长。为了组织谭延闿部湘军入湘讨伐赵恒惕部，孙中山于７月１６日任命谭延闿为湖南省长兼湘军总司令。对于孙中山的这一任命，谭延闿一方面想报昔日赵恒惕的“逼驾”之仇，另一方面也是为了实现孙中山的北伐大业，因此非常乐意接受，遂开始了率领部下进入湖南，讨伐赵恒惕的军事行动。８月７日，谭延闿一行到达衡阳，８日，谭延闿正式发表就职通电。赵恒惕针锋相对，组织护宪军，号召各界护宪抗谭。谭延闿则发表讨赵斗争的演说，揭露了赵恒惕假省宪的阴谋和北洋政府的分裂行径。
谭延闿与其子
由于赵恒惕坚持在湖南实行所谓的“联省自治”，还与吴佩孚、陈炯明等人同流合污，早就引起了公愤，因而谭延闿的讨赵运动是有一定群众基础的。在经过一段时间的军事部署和大造政治声势之后，一部分原本持观望态度的湘军将领纷纷表示响应孙中山北伐的号召，服从谭延闿的调遣。而有些人虽然表示坚持中立，但表示决不阻止谭延闿的军事讨赵行动。于是，谭延闿立即下达讨赵令。
开展之初，谭军进展并不顺利，正当溃退之时，原谭延闿军务委员张辉瓒奇袭长沙，谭军不战而胜。赵恒惕率部逃至醴陵后，得到了吴佩孚的军火支援，很快向谭军发起反攻，并于９月中下旬先后攻占长沙等地。残酷的战争进行了两个多月，正当谭延闿准备重新部署与赵军决战之时，陈炯明和邓本殷部由广东东江和南路分别进攻广州，方本仁、邓如琢部又由江西大庾侵占粤北南雄、始兴。为了全力保住广东根据地，孙中山于１１月１２日急电谭延闿，让他急速前往广东支援，谭延闿遂带着部下赶赴广东。
虽然谭延闿在广东危急的时候奉命南撤，没有彻底打垮赵恒惕，但他从湖南带走了两万多人的部队，在削弱赵部势力的同时壮大了自己的力量。他个人虽未能亲临前线，但与孙中山一起制定了军事战略方针，并且做好联络调遣和各种军需工作，也为巩固广东革命根据地作出了贡献。
１９２４年１月，国民党“一大”召开。谭延闿当选为中央执行委员会委员，任建国湘军总司令，又被孙中山指派兼代大本营秘书长一职，成为国民党的主要领导人。此后，谭延闿坚定地贯彻孙中山三大政策，并以国民党左派的面目，积极贯彻一大制定的对内、对外的各项方针政策。
陈炯明叛军并不甘心１９２３年冬围攻广州的失败，又于１９２４年春在直系军阀的支持下再次进行整编，企图与孙中山的革命势力对抗到底。为了彻底击溃陈炯明叛军，湘、粤、滇、桂联军加紧进行战前的各项准备工作。１９２４年２月１３日，谭延闿正式召集湖南各军高级长官誓师出发，宣布加入讨伐陈炯明叛军的东江战役。在广东革命形势高涨的情况下，孙中山作出了出师北伐的部署，任命谭延闿为建国军北伐军总司令。就在北伐军顺利出兵赣南之时，驻守吉安的方本仁部假意输诚，与陈炯明、赵恒惕勾结，使得北伐军腹背受敌，最终失去了吉安，从赣州、南康一带撤退至大庾、南雄等地。
谭延闿为兵败赣南而深感痛心，当他重过大庾时，不禁感慨万千。先后两次路过，时隔不久，但心情却是截然相反，去时踌躇满志，回时士气低迷。
这次的兵败对谭系湘军打击深重。谭延闿自１９２３年追随孙中山到广东后，患上了疹疾，左腿差点瘫痪，经多方治疗后略有好转。之后又转战湖南、广东、赣南，一直没机会进行彻底治疗。谭延闿作为一介文人，从政统军，实属不易。兵败之后的政治环境更是困顿难行。有朋友劝他隐退，但他依然赋诗明志，既已追随孙中山和三民主义，就要不畏“艰难困踬”，不令俗子“嗤懦懦”，为“大同世”的理想坚持奋斗。１９２５年１月，谭延闿在韶关成立湘军整理处，对湘军进行彻底整顿，裁汰冗员、精良装备、加强训练，同时进行政治教育。新建的湘军，精神面貌焕然一新，成为以后国民革命军第二军的基础。
此时，孙中山积劳成疾，身体每况愈下。陈炯明在英国和北洋军阀的支持下，准备“反攻广州”。谭延闿筹划湘军进兵部署，准备去前线督战。然而，突然传来孙中山于１９２５年３月１２日因罹患肝癌在北京逝世的消息。１７日，广州革命政府举行追悼孙中山大会，谭延闿率湘军将士在孙中山遗像前宣读了由他自己撰写的祭文。称颂孙中山“为东方民族而生”，“为东方民族而死”。２１日，谭延闿与胡汉民等通电全国，继承总理遗志，并郑重申明：“凡有反革命的行为及余孽蠢动”，“誓当廓清扫荡，一息尚存，此志不懈”。
孙中山的逝世在国民党内激起了千层浪，有人公开违背总理遗愿，有人开始争权夺利，有人缺乏革命斗志。就连谭延闿也觉得在政治上失去了一个可靠的人，一时感到抑郁。但多年跟随孙中山的革命经历和忠心耿耿的态度还是让他在关键时刻发挥了作用。
胡汉民曾找到谭延闿，将自己不想代理大元帅职权的想法告诉了他。对此，伍朝枢、廖仲恺等人均已表示同意，但谭延闿知道，孙中山尸骨未寒，立刻改组会对广东革命局势产生严重后果。他郑重其事地对胡汉民说：“你的计划是对的，可此刻却万不能行，请你再勉为其难。”正是由于谭延闿的坚决制止，胡汉民“只好暂不提”改组之事，保证了第一次东征的顺利进行和广东革命局势的稳定。
４月，陈炯明的大部分主力部队已被消灭，但滇军首领杨希闵、桂系首领刘震寰与云南军阀唐继尧达成私下协议，准备反叛。在杨、刘反叛出现端倪时，谭延闿就曾慷慨陈词加以劝告。反叛发生以后，代理大元帅胡汉民犹豫不决，谭延闿却态度坚定，和廖仲恺一起，力主讨伐。谭延闿重病初愈，他不顾虚弱的身体，与胡汉民一起“指挥一切”，为迅速平定叛乱，巩固革命根据地做出了重要的贡献。
广州国民政府成立后，谭延闿成为国民党要员，他是国民党左派。先后参与二次东征和统一两广。中山舰事件中，他苦心斡旋，收获“国民政府主席”的桂冠。
孙中山在世时曾为组建国民政府进行过诸多努力。由于现实条件的原因，一直没有机会付诸实践。孙中山逝世之后，胡汉民并不适宜继续代理大元帅的职务，他本人也有卸任改组的意思，然时局动荡，国民政府应以稳定为先。直到杨、刘之乱平定的第二天，即１９２５年６月１５日，在中国共｜｜产党的倡议及国民党左派势力的促成之下，国民党中央委员会召开全体大会，就成立国民政府之事做出决议。谭延闿到会并表示赞同改组。在这次会议决议的指导下，７月１日，广州大元帅军政府正式改组为委员制的中华民国国民政府。谭延闿被推选为１６人组成的委员会成员，并被选为５位常务中的一员。７月３日，国民政府军事委员会成立，谭延闿又被推选为８人委员会成员。至此，谭延闿的心境才颇有好转，坚持孙中山三大政策，支持国共合作。
谭延闿能成为国民党的高层领导核心，不是偶然的。自从他追随孙中山起，就一直为实现革命理想而尽心尽力。在讨赵、援粤、整军、东征、平乱等政治事件中，他立下了不小的功勋，逐渐成为国民党后起的重要人物。孙中山逝世后，他继续坚持三大政策，以良好的姿态同中国共｜｜产党人合作，取得了各方政治势力的一致好感。
此后，他与同为国民党左派，力推国共合作的廖仲恺合作共事，并且得到廖仲恺的开导和帮助。然而，国民党内部的派别斗争也愈加激烈。１９２５年８月，廖仲恺被刺，引起了谭延闿极大的悲愤，作了一首廖仲恺墓下作。全诗情真意切，既表达了对友人之死的痛惜，也说明了要继承烈士遗志，继续未竟事业的决心。
国民军整编之后，谭延闿兼任第二军军长。为了解决部分编余军官的训练问题，谭延闿决定开办“国民党政治讲习班”，由李富春主持，教员包括：萧楚女、恽代英、邓中夏、张太雷等共｜｜产党员，一定程度上反映出谭延闿与共｜｜产党人的良好关系。
同一时期，陈炯明不甘心失败，重新纠集四万多人的部队，占领惠州，威胁新生的广州革命政府。１９２５年９月１日，国民党中央特别委员会决定出兵东江，彻底消灭陈炯明反革命势力。谭延闿与蒋介石等人反复筹商对陈用兵的战略方针，同时组织南征军，以配合东征。１０月底，东征军一举歼灭陈炯明主力１万余人，收复东江全境。１１月，又消灭了盘踞在北江的熊克武部叛军。而南征军也挺进海南，消灭了邓本殷部，邓本人则化装逃上日本兵舰，离开了海南岛。
然而，反对孙中山三大政策的国民党右派于１９２５年１１月２３日在北京西山碧云寺召开了所谓“第四次中央执行委员会全体会议”，形成所谓西山会议派，并作出了反对国共合作和广州国民政府的决议。
为了反对西山会议派的分裂活动，继续促成国共合作的发展，１１月２７日，谭延闿与汪精卫、瞿秋白、张国焘等国民党中央执行委员、候补执行委员联名通电，反对西山会议派，并决定在广州召开国民党一届四中全会。在宋庆龄、何香凝、吴玉章、周恩来、陈延年、毛泽东等的努力和推动下，国民党一届四中全会于１２月１１日在广州召开。会议指出，国民党右派于１９２５年１１月２３日在北京西山碧云寺召开的会议是非法的，并作出了于１９２６年１月１日在广州召开国民党第二次全国代表大会来处理西山会议派的问题的决议。
１９２６年１月１日，国民党第二次全国代表大会在广州正式召开。谭延闿参加了会议，并与汪精卫等人一道被选为７人主席团成员。２２日，谭延闿在二届一中全会上当选为国民党中央常务委员。这次大会继续坚持了国民党一大宣言和孙中山的三大政策，给国民党右派以有力的反击，而谭延闿也在这次大会上继续被选举进入高层领导集团，担负着极为重要的党、政、军领导职务。
随着国民政府实力的增强，统一两广也逐渐提上了议事日程。１月２６日，谭延闿和汪精卫、宋子文等，由白崇禧陪同到梧州与李宗仁、黄绍竑商谈两广统一问题，３０日两广宣言合作，设立统一委员会，李宗仁接受国民政府任命的第七军军长一职。３月１９日，由谭延闿等制定的“两广统一案”正式公布，至此，两广统一问题得到了满意的解决。这与谭延闿的努力是分不开的。
随着国民党第二次全国代表大会的胜利闭幕和两广的统一，广州出现了大好的革命形势，从而使得包括谭延闿在内的国民党左派人物，纷纷陶醉在胜利的喜悦之中，就连苏联顾问鲍罗廷也在给“苏俄观察团”团长布勒诺夫的报告中极为乐观地写道：“随着许崇智的出走，梁鸿楷被解除武装，胡汉民被派往莫斯科，在广州似乎形成一个统一而巩固的政权。可以认为６名军长中，有４名是可靠的。我们同他们未必会发生误会……有了这些指挥官，就可以做许多工作。”
鲍罗廷所指的４名可靠军长，是国民革命军第一军军长蒋介石、第二军军长谭延闿、第三军军长朱培德和第六军军长程潜。然而，就在国民党左派和苏联顾问对广东局势估计得过于乐观，事实上，随着国民党内部的分化斗争，掌握军政实权的只剩汪精卫、谭延闿、蒋介石三人。而政坛新秀蒋介石已经对最高领导权垂涎已久了。
１９２６年３月２０日，蒋介石一手制造了震惊中外的中山舰事件，向中国共｜｜产党人、苏联顾问及国民党左派发难。同时诿过于国民政府主席汪精卫。
１９２６年３月２２日上午，国民党中央政治委员会开会讨论中山舰事件的处置办法，谭延闿出席了这次会议。有人提出惩办李之龙、周恩来、陈公博等人，共｜｜产党撤出第一军，将苏联顾问驱逐出境的建议。对此，谭延闿等国民党左派人物并没有表示明确的反对意见。经过讨论，会议最后决定：命令苏顾问团团长季山嘉回国，撤去第一军第二师各党代表，查办所谓不轨军官。苏联顾问季山嘉等人表示让步，随即撤回俄国。２４日，谭延闿与林伯渠、何香凝等人在国民政府设宴欢送苏联顾问。于是，季山嘉等人当天便回国去了。这次会议完全按照蒋介石的意图通过了决议，而苏联顾问以及中国共｜｜产党中央对蒋介石的妥协，使得谭延闿与各军军长不得不表面上对蒋介石的行为表示“赞同”，这就使得原本抱着试探性的态度发动这一事件的蒋介石愈发地有恃无恐，谭延闿等人也被蒋介石表面上奉行国共合作与三大政策的狡猾伪装所欺骗。
看到以谭延闿为首的军方和苏、共的步步退让，而蒋介石的夺权的声势依然咄咄逼人，汪精卫心灰意冷，悄然离职出国。３０日中央党部决议汪未回任前由谭延闿代理国民政府主席。４月１６日，国民党中央党部及国民政府召开联席会议，推选谭延闿为政治委员会主席，蒋介石任军事委员会主席。
在中山舰事件中，谭延闿的态度经历了武力反蒋、居中调停、迁就助蒋的三个过程，这种转变有其无奈的原因。军队难以迅速集结，苏俄、中共的退让态度都使得谭延闿开始主张的武力反抗孤掌难鸣。而在广州城内的紧张局势下，居中调解也的确是需要的。当时，蒋、汪、苏俄、中共等几派政治力量都处于进退两难的尴尬境地，如果一旦突破临界点，发展成武力冲突，后果不堪设想。谭延闿对各方关系的调和的确对打破僵局，弥合国共关系起到了积极作用。就个人来说，谭延闿也擅长于各种关系的调和，落有“药中甘草”的雅号。
然而，尽管谭延闿希望看到国共两党能够精诚合作，但他也认为国民革命应该由国民党来领导，而共｜｜产党人则只能起辅助作用。他在调解各方面的压力的同时，也在客观上为蒋介石夺取党权、军权帮了忙。
１９２６年７月，国民革命军出师北伐，蒋介石任总司令，李济深为总参谋长，邓演达为总政治部主任。谭延闿被任命为第二军军长，开赴湖南进行北伐。随着北伐的胜利进军，革命军攻下武昌，击败了吴佩孚的主力，随后，又开辟了江西战场，全国革命的重心转移到了长江流域。为了适应革命形势的需要，在谭延闿的主持下，国民党中央于１９２６年１１月２６日召开了政治会议，决定迁都武汉。然而，蒋介石却突然变卦，公然要求迁都南昌，引发了迁都之争。
为了限制蒋介石的军事独裁，推动北伐战争的继续深入，在中国共｜｜产党和国民党左派的推动下，国民党二届三中全会于１９２７年３月１０日在汉口召开，谭延闿被推选为大会执行主席。会议主要打击了蒋介石的个人独裁统治，重申了反帝反封建的革命立场和遵循孙中山制定的革命策略。而新成立的武汉国民政府则吸收了共｜｜产党人直接参加政权，是国共联合的一种新的政权形式。
１９２７年４月１日，汪精卫从莫斯科回到上海，与蒋介石会面。４月１２日，蒋介石在上海发动了震惊中外的反革命政变，许多共｜｜产党人和爱国群众惨死在反动派的屠刀之下。１８日，蒋介石在南京正式成立了所谓的“国民政府”，而谭延闿则在武汉代理国民政府主席。以蒋介石为首的南京国民政府开始与以汪精卫、谭延闿为首的武汉国民政府分庭抗礼。至此，宁汉分裂。
