经过半年艰苦的军政训练，独立团官兵掌握了正规的军事技能，提高了政治觉悟，成为一支深受人民群众拥护的革命新军。
叶挺建设独立团的成果受到了中共广东区委的赞扬，中共广东区委军事部部长周恩来和当时正在广州主持农民运动讲习所的毛泽东对叶挺的建军经验给予高度重视，主张“在国民革命军各军中都建立同独立团一样的以共产党员为骨干的部队，作为各军的核心力量。”但是这一正确主张却遭到了党中央领导人陈独秀的反对，未能实行。
北伐进军中，叶挺独立团奉命担任前锋，勇夺汀泗桥、贺胜桥，智取武昌城战功卓着，为第四军赢得“铁军”的称号。夏斗寅叛乱，叶挺率军平叛，扞卫了武汉革命政权。
1926年，巩固广东革命根据地的任务基本完成，全国人民反帝反封建的热情日趋高涨，北方军阀势力也加紧联合起来，欲对革命力量加以扼杀，革命势力与反革命势力的较量已如剑在弦上。在中国共产党积极建议和推动下，广东国民政府决定出师北伐，并命令叶挺独立团为北伐的先锋，提前出发。
1926年5月1日，独立团由肇庆、新会出发北上。部队途经广州时，其时任中共广东区委军事部部长周恩来迎接了独立团的到来并对独立团的工作任务下达了指示，强调党员在“在战斗中，要起先锋作用和模范作用，要坚决地完成战斗任务，要注意发动群众”。此外还要注意加强党的领导，加强政治工作。周恩来最后以“饮马长江”这句话勉励大家，并相约武汉见面，叶挺当即保证坚决完成党交给的任务。
1925年叶挺任国民革命军团长。广州受训后，独立团继续北上，他们越过五岭，于5月31日抵达湖南永兴。其时，唐生智部因受湘鄂军阀的攻击而退守湖南安仁一带，形势紧急。唐生智急电叶挺，要求独立团火速赶往安仁增援。6月1日，叶挺率部冒雨强行军，夜行一百余里，翌日赶至安仁，与唐生智部第三十九团团长会面。了解敌情后，叶挺当即命令独立团二营协同友军防守渌田，三营进驻龙家湾，另派出一个连到黄茅铺，协同友军防守。
3日下午，敌军进攻渌田、黄茅铺。叶挺召集将士们开会研究对策。在会上，他向大家鼓气说：“我们是北伐先锋，不但代表革命军，而且代表中国共产党。这是北伐中的第一仗，我们一定要胜利。”会后，叶挺率一支部队向龙家湾方面增援，参谋长周士第率另一部到渌田增援。时值阴雨天，道路泥泞难行，战士们不畏艰险，迅速赶往目的地。4日凌晨，我军向敌人发起进攻，激战数小时，终于将敌人击溃。我军乘胜追击，于5日占领攸县。叶挺随即下令将攸县南岸洣水上的浮桥拆掉，通令全团说：我们前面是长沙、株州、醴陵、萍乡，这一带工人、农民、学生运动基础很好，我们有依靠。如果敌人来进攻，我们必须向前打，不能向后退。独立团的战士们在叶挺破釜沉舟的决心感染下，更加振奋，立志要打好这一仗，当好北伐前锋。
此次战斗，独立团仅以一个团的兵力，便击溃了人数上六倍于我军的敌人，开了北伐军凯歌行进的先声，叶挺独立团的威名也开始在国民革命军中传播开来了。
8月19日，独立团参加了攻打平江的战役。平江是粤汉铁路上的交通要道，有着重要的战略位置。敌人以重兵一万多人防守平江，除了平江、汨罗江南岸一带高地的坚固工事，还在阵地前面埋置了地雷、鹿砦等障碍物，由吴佩孚的心腹陆赩坐镇平江统一指挥。独立团接受攻城命令后，即从小路绕过汨罗江到达北岸，迂回到敌人侧后，协同兄弟部队出其不意在城北和城东薄弱部位全力猛攻，一举攻破平江城，紧接着又迅速渡回汨罗江南岸，从侧后面向据守在天岳山等地的敌人发动进攻。敌人设置在正面的防御工事没能发挥作用，很快全线崩溃，陆赩兵败自杀。翌日，我军乘胜追击，占领通城。平江战役缴获敌枪340余支，水机关枪1支，迫击炮2门，俘敌官兵400余名，大获全胜。苏联军事顾问捷斯连科讲到这次战斗时这样说道：“该城和敌人全部防线的命运，是由叶挺独立团解决的。”
平江战役结束后，独立团承担奔袭粤汉路的任务。这次是要抢占蒲圻、汀泗桥之间的中伙铺火车站，切断岳阳敌军的退路，为北伐军进入汀泗桥，占据有利的阵地。独立团接受任务后，经一昼夜强行军到达目的地，截歼吴军第一混成旅1个团，顺利完成任务。
汀泗桥是武汉三镇的南大门，三面环水，一面临山，粤汉铁路从桥上穿过。地势易守难攻，历来是兵家必争之地。9月27日，第四军向汀泗桥发起进攻，由于洪水泛滥，仅有的一条铁路桥又被敌人严密封锁，第四军猛攻一天，伤亡重大，仍无进展。叶挺向当地农民作调查，了解到右侧山上有条崎岖小路可达对岸，叶挺决定从这里突破。经军部批准，27日凌晨2时叶挺率部上山，从小路到达汀泗桥东北地区，突然从侧后袭击古塘角敌军纵深阵地，在两翼第十师、十二师和三十六师的配合下，一举插入敌军腹心地带，出奇制胜，首先打进汀泗桥。
汀泗桥被攻破后，残敌向咸宁方向逃窜，为了抓住战机，扩大战果，叶挺继续率军追击敌人。为了不让敌人有时间在咸宁城外修筑防御工事，叶挺当机立断，指挥部队通过一条两里多长、隐现于洪水之中的铁路线，以白刃格斗将踞守桥头的敌人打垮，趁势打进咸宁县城，取得了1个团孤军追击40里、占领1座县城的重大胜利。第四军副军长陈可钰一直担心独立团孤军深入会吃大亏，当他随后通过淹在水中的铁路赶往已被我军占领的咸宁时，想象不出独立团是怎样冲过这条水路的，他转忧为喜地对张发奎说：“叶挺具有军事天才，这种见机进取的精神，难能可贵。”
贺胜桥号称鄂南第二门户，镇前的小河因洪水泛滥而与大湖连成一片，水势湍急，只有一条铁路桥可供通行，地形地势酷似汀泗桥，又是一处易守难攻的兵家必争之地。
而贺胜桥的防务也不比寻常。汀泗桥、咸宁相继失守后，吴佩孚下令将败逃之将第二十一旅旅长余荫林和一些团长、营长处决示众，并宣布要亲自督战，在贺胜桥与独立团决一雌雄，并下令凡有退却、脱逃者一律就地正法，即使他本人也不例外。
吴佩孚接受平江、汀泗桥遭北伐军从后路包抄的教训，以刚到主力部队和收集起来的汀泗桥败军共约4万余人，在狭窄的防御正面上构筑了纵深达十余华里、设有三道重点防线的坚固阵地，自称固若金汤。
8月29日，在第七军、第八军分别进攻鄂城、金口，以这两处战役为辅助，第四军开始进攻贺胜桥，独立团负责从铁路正面实施中央突破。全团部队在叶挺的指挥下，首先支援左翼三十五团，击退敌人反扑，一马当先突破敌军桃林铺第一道防线，向其防御纵深勇猛推进。独立团前卫第二营处于锥形队伍前端，一度被敌人反突击部队包围，叶挺组织预备队第一营和特别大队打退敌人，又乘胜杀向敌第二道防线印斗山。在孤军前出、三面受敌，两翼友军及军、师预备队赶不上来支援的困境中，叶挺调集独立团一、二营和重机枪连组成突击队，两营将士在6挺重机枪掩护下，一鼓作气冲上印头山。在敌军败逃的混乱声中，独立团越战越勇，很快冲破敌人第三道防线，打下了贺胜桥。
北伐军打下贺胜桥，武汉大门洞开，百余里平川已无险可守。吴佩孚自食其言，仓皇逃回汉口，只留下其第八军军长刘玉春和湖北督军陈嘉漠收集残兵败将固守武昌，刘佐龙师和高汝桐师分守汉阳和汉口。吴佩孚不得已向孙传芳求助，要孙出兵助战，帮他保住武汉。
武汉地处长江、汉水之交，是京汉、粤汉铁路的交汇点，是华中政治、经济和文化的中心，在军事方面占重要地位。武汉三镇中以武昌形势最为险要，易守难攻，是兵家必争之地。吴佩孚向来以武汉为据点，视其为统治华中，控制两湖的重要基地。北伐军攻下贺胜桥后，吴佩孚派重兵把守武昌城，其坚固程度比汀泗桥、贺胜桥还胜。
8月底，北伐军直指武汉。战前，前敌总指挥部召开军事会议，制定攻城部署：第四军配属其他一些部队主攻武昌城，第八军担任对汉阳、汉口的主攻任务。9月3日，第四军等部攻打武昌城，北伐军缺乏重型火器及攻城工具，而敌人设防坚固，且已有准备，攻城没有成功。5日凌晨，第四军等部再次攻打武昌，叶挺部接受攻坚任务。任务下达后，叶挺即命第一营全力组织进攻，为奋勇队(敢死队)，第二营为拥进队，第三营与特别大队为预备队。各营将士都作好了牺牲的准备，许多官兵执意留下自己的遗书、遗物。一时间，独立团“留书攻城”的佳话传遍了北伐军。
出发前，叶挺向全团作了简短的动员。战斗打响后，第一营在营长曹渊带领下，向宾阳门与通湘门之间进发。敢死队一逼近城下，立即竖起云梯，向城墙攀登，与敌人展开近距离交锋。但由于其他攻城部队配合不力，敌人得以集中火力向第一营还击，致使一营战士全部牺牲。共产党员、一营营长曹渊战死。第二次攻城战斗又告失败。
强攻不下，北伐军改用围困封锁之策。围城期间，叶挺仔细观察了通湘一带地形，想出了一个新的攻城方案。按照这个方案，独立团把缴获来的一列铁甲车请铁路工作队趁夜将其悄悄开向距通湘门200米处，再动员一批安源矿工协助开挖了一条通向武昌城的坑道，以便攻城。独立团一部分战士则守卫在铁甲车上，掩护矿工们作业。敌人发觉后，大为惊恐，集中火力，掩护一批士兵从通湘门冲出来，企图破坏我军计划。叶挺指挥全团兵力抗击敌人，迅速将其打退。
就在这时，战局出现了新的转机，武昌城守敌第三师师长吴俊卿派人秘密出城向第四军表示投诚，双方商定，10月10日，里应外合，发起最后决战。
10月10日凌晨1时，北伐军对武昌城发起总攻。吴俊卿如约打开通湘、保安、中和三座城门。北伐军部队分别从这三个门冲入，独立团大部则从通湘门附近攀城进入，直扑城内制高点蛇山。敌人利用蛇山上的工事负隅顽抗，独立团的战士们冒着敌人的炮火，英勇地从四周冲上了蛇山，终于歼灭了敌人，占领了蛇山炮台。蛇山被我军攻占后，武昌全城敌人停止抵抗，放下了武器，武昌攻城战至此胜利结束。
在叶挺领导下，独立团在北伐战争中所向披靡，成为名符其实的北伐先锋，一时间叶挺独立团威震天下。人民群众称誉其所在第四军为“铁军”，称誉团长叶挺为“北伐名将”。但是，叶挺十分谦虚，把一切功劳都归于党的正确领导和人民群众的作用。他在总结北伐战斗经验时说：“我们为什么能够建立这样伟大的战功呢？主要的一个原因，就是因为独立团是共产党的军队，因为有了共产党，我们才能成为铁军。”
北伐战争虽然胜利发展，但统一战线却分裂了。1927年，继蒋介石在上海发动了四一二反革命政变之后，广东等地也相继发生驱赶和屠杀革命党人的反革命政变。武汉国民政府内汪精卫集团的反动倾向也日益暴露，武汉地区形势日渐恶化，叶挺对此感到异常忧虑和愤激。在政治风云变幻莫测的日子里，一个革命者的坚定立场得到了考验。他运用自己手中掌握的兵权，坚决打击那些敢于破坏捣乱的反革命分子，以维护武汉地区的社会秩序和工农群众的利益。4月27日，在武昌召开的中国共产党第五次全国代表大会上，叶挺亲自挑选战士担任大会的警卫，严防反动分子破坏。他自己则不辞劳苦，及时进行布置及检查警卫工作，保证了党的五大安全召开。
5月17日，驻鄂西南的独立十四师师长夏斗寅乘国民革命军二次北伐武汉空虚的机会，联合杨森和鄂南反动地主武装公开叛变，偷袭武汉。叛军沿武长铁路，经蒲圻、咸宁一直打到距武昌仅40里的纸坊镇。当时，武汉政府张惶失措，一筹莫展，政府官员甚至准备逃跑，叶挺则镇静自若，他那一师官兵则作好了迎战准备。
在这紧急关头，共产党人坚决主张镇压夏斗寅叛乱，保卫武汉。党中央政治局召开紧急会议，决定调叶挺部担任平叛任务，并把武汉军校、武汉工作纠察队等武装力量拨归叶挺指挥。武汉人民听到叶挺亲率部队平叛的消息，信心大增。
叶挺受命后，当即将分散于武汉各处担任警戒任务的部队集中，并派七十二团向纸坊镇挺进。七十二团在团长许继慎指挥下，向叛军发动猛烈进攻，一举夺回了被叛军占领的纸坊车站及纸坊镇。第二天，叛军向纸坊反扑，叶挺率援军及时赶到，他严令部队“只准前进，不许后退”，经过激烈战斗，再次将叛军打退。部队乘胜追击，把敌人驱赶至鄂东，使武汉局势转危为安。叶挺又一次立下了显赫战功。正如陈毅所称颂的：脱颖自北伐，初胜湘江曲。秋风扫落叶，铁军声威立。江汉功更伟，一战安群黎。
