张学良返沈处理妥其父发丧一事，奉系军阀内部关于张作霖的继承人问题讨论热烈。奉系军阀的“老班底”和旧派军人都认为张学良过于年轻，缺少统治经验，难以驾驭，因此，一致推让张作相为“东北王”；但是另外一派，新派军人，特别是留学日本的一些军官，都拥护野心早已锋芒毕露的杨宇霆接班。双方几争不下，最后还是素称稳健的张作相，看在过去同张作霖相处的面子上，认为继承张作霖的最合适人选是张学良。他说张学良少年英俊、干练有为，这样做可以理服人，可以团结东北的各方面人士，以应付当前比较困难的内外局面。他坚决辞去了让他接任张作霖的请求，力推张学良承担重任，并表示愿意竭诚辅政。同时，他还主动说服了旧派军人同意自己的主张，使认为接替张作霖非自己莫属的杨宇霆，也只好对此表示赞同。
7月2日，三省议会联合会推举张学良为东三省保安总司令兼奉省保安司令。当天，张学良在沈阳就任东三省保安总司令职。
张学良于1901年6月4日生于辽宁海城县，字汉卿，别号毅庵。是张作霖长子。后以避乃父忌辰，以6月3日为生日。张学良是张作霖的长子，为元配赵氏所生，有姊一人，弟七人，妹五人。张学良早年没有进过学校，七八岁时，张作霖任五营统领，驻新民县，在家中设馆，请早年教过他的杨庆辅为张学良开蒙。1915年，张作霖任二十七师师长，入驻奉天，继续在家中设馆，塾师白永贞是辽阳名儒，但也有些资产阶级思想，是张学良的启蒙者。1916年，张作霖又请奉天交涉署英文科科长徐启东教张学良英文。以后张学良每天去青年会学英语，也学一些国际知识和西方习俗，这是他接触欧美文化的开端。
奉天府是东三省的政治文化中心，有外国的领事馆和基督教会。1917年，张学良加入奉天基督教青年会，以后任会董。他结识了青年会总干事普赖德、学者惠特和派克夫妇等，同时，也结识了阎宝航、王卓然及医师王少源、杜泽先等新派人物。青年会还邀请京、沪名流来奉天演讲。这些交往和社会活动使张学良的眼界开阔了。
张学良不仅接受了我国传统的忠孝仁义等儒家传统思想，还受到了老、庄的淡泊、达观思想的影响，他曾谈到种树木必自己吃果子。上述时期，他又接触了西方资本主义的自由、平等、博爱思想，基督教的为他人服务、和平、友爱、容忍等观念。
张学良崇拜岳飞、文天祥、戚继光等民族英雄，赞赏纳尔逊、加里波第等西方著名历史人物。他原想学医救贫济世，因西药都是舶来品，于是想学制药，适应国家急需。待他奉父命入东北讲武堂，学医药的志愿只能付诸东流，但他的爱国思想却没有泯灭。
张学良是当时著名的“四公子”之一，但是他没有贵公子作威作福、横行霸道的恶习，而是文采风流，平易近人，气度恢宏，待人宽厚。河北水灾，奉天青年会举办劝募义卖，张学良紫衣玄裳，手拿大把物品，在会场上穿梭来往，大声向人劝募，也卖得最多。他成为东北集团的领袖、国家某一方面大员以后，也从不以势凌人。卢广绩曾批评张学良缺乏老帅对部下的威严，张说：“老帅部下多为武人，对老帅盲目崇拜，老帅对他们措施有失当之处，他们不介意，你们是知识分子，有自己的见解和主张，有自尊心，我待你们像老帅那样，你们受得了吗？”即使对副官、勤务兵，张学良也是尊重他们人格的，对肯学习、办事好的就给以鼓励，关心他们的成长，注意培养他们。一直到西安，张学良经常去副官餐厅和副官们一起吃饭，有时和卫队营士兵蹲在一起吃饭、聊天。他的部属一致反映：副司令对下属从不厉声严色，也不骂人。张重感情，他的卫队长姜化南在张家口解散穆春师时被打死，他很悲痛，严惩了肇事团长。
张学良十分孝顺，他11岁居新民时丧母，去奉天后，每年寒食节都到郊外遥祭亡母，往往徘徊忘归。由于卢氏夫人是他养母，张作霖死后，他让家人称她为老太太，不得违背。他对几个弟、妹也很友爱。张作霖死后，他在大帅府西边，为每个兄弟各建房屋一所，因“九·一八”事变未能竣工。张作霖在世，张学良常领着弟妹们打高尔夫球、玩扑克、捉迷藏，外出看河灯。张作霖去世后，他让妹妹们放脚、剪辫子、烫发、穿新式服装，帅府的大仙祠也被改造了。日常生活中的封建束缚日渐被破除。
张学良的书信文字流畅，书法清秀，原师于黄庭坚。他还爱好书画，精于鉴赏，收藏了王献之书法真迹、黄鹤山樵的《林泉集清图》、沈周的《庐山高图》等。收藏的书画一般用毅庵别号。张学良也懂音乐，喜好京戏、大鼓等。对救亡歌曲，他很推崇《义勇军进行曲》。他好游山水。体育爱好很广泛，网球、高尔夫球、篮球、骑马、射击、桥牌，有的玩得很精。自己会开汽车，驾飞机，也爱冒险，如1927年在保定花园试摩托车，掉入池塘，把在场的杨宇霆吓得说不出话来。娱乐中他最好跳舞，虽军务倥偬，也抽时间跳舞。
张作霖是以枪杆子起家的，深知枪杆子的重要性。1919年，张作霖重开东北讲武堂，培养中下级军官，加强奉军实力。同年，为了培养张学良成为他的继承人，令张学良入东北讲武堂炮科学习。
在讲武堂，张学良尊敬教官，对同学谦和。一次，他和同学曾钟策开玩笑，对方急了，骂他是“胡匪崽子”，张学良克制了自己。他学习很刻苦，一次野外演习，第一日行进40里，第二日早即返回，并跑步二十多里，张没有掉队，无倦容。课外，还约请傅仲云教官讲点高等军事学。由于他认真学习，成绩优异，名列第一。毕业后，被授予炮兵少校衔，任奉天督军署卫队营营长，不久擢升卫队第二团团长，又升东三省巡阅使署卫队旅旅长，时间不过一年，军阶由少校升至上校。
1915年张学良与于凤至结婚，元配夫人于凤至原是吉林省怀德县商会会长于光斗的女儿。早在张作霖尚为绿林草莽的时候，于光斗曾慷慨资助过他，之后二人歃血为盟，结拜成了生死弟兄。不久，张作霖在奉天发迹，平步青云。一次，他在去于光斗家叙旧的时候，偶然发现于家客厅的茶几上放有于光斗为其女儿卜算的卦帖。张作霖顺手翻看，只见于凤至的卦帖上书有“凤命”二字。
张作霖眼望着这两个大字，心头一亮。他连忙请于光斗唤出于凤至来相看。于凤至身段颀长，微红的脸颊虽有些消瘦，但却凝聚着一种稳重娴静的仪态。她并没有着意打扮，完全是平时的装束，但却更有一种别样的妩媚和俊俏。
张作霖一面捏着写有“凤命”的卦帖，一边凝眸打量着于凤至，心中并不断叨念着：“凤至，凤至，凤凰将至。名字起得好吉利呀！”
张作霖一向自命是星宿下凡，而且他认定自己的长子张学良也是将门虎子。既然于凤至是“凤命千金”，那她和张学良岂不是“天作之合”！于是，当即他便向于光斗提出结为儿女亲家的请求。
张学良开始对这门亲事并不满意。张学良刚刚15岁，年少气盛，在保定讲武堂学习时就已展现了他非凡的才华。于凤至的父亲为了适应张作霖显赫的门第，特意将她送往奉天女子师范就学深造，得以优秀成绩毕业。
于凤至生来就天资聪颖，入学深造后更加变得雍容大度，知书明理，贤淑聪慧。她与张学良结为伉俪之后，以其才学和品德，渐渐赢得了张学良的敬重，他们举案齐眉，相敬如宾。因她年长两岁，所以张学良一向把她尊为大姐。自从老帅张作霖皇姑屯遭难、少帅张学良主政之后，张作霖的五夫人将管理帅府内务的权柄移交给了于凤至。少夫人于凤至精心料理，运筹帷幄，将帅府内宅经营得井井有条，赢得了帅府上下的敬重。
