1926年6月2日，唐生智宣布就任國民革命軍第八軍軍長兼北伐軍前敵總指揮，轄四個師(第一師師長何鍵、第二師師長李品仙、第四師師長劉興、教導師師長周斕)，加入北伐軍行列，3日在萱洲河擊敗北洋軍，恢復黃土嶺、衡山、永豐一線，4日成立湖南臨時省政府，5日葉挺獨立團佔領攸縣。7月5日，唐生智以前敵總指揮名義下令第四、第七、第八軍分三路出擊，6日革命軍開始大舉反攻長沙，渡過漣水，第八軍劉興師克婁底，7日何鍵師克濲水，8日第八軍渡過易俗河，進攻湘鄉、湘潭，9日夏鬥寅師克湘鄉，11日第八軍李品仙第二師攻佔長沙，劉興師鍾祖培旅克複寧鄉，擊敗“討賊聯軍”湘軍總司令葉開鑫等北洋軍，16日周斕師克益陽。7月17日長沙實行黨治，取消省憲省議會，30日唐生智被任命為湖南省政府主席，宣布廢除省憲法、解散議會、成立省政府。8月當選為國民黨第二屆中央執行委員、湖南省黨部執行委員，兼湖南軍事廳長，明顯表示出親俄、親共、親農工的姿態。

8月12日蔣介石到達長沙，決提早進攻武漢，使北軍無整頓增援之余暇。8月14日國民革命軍總司令蔣中正頒發第二期作戰計劃及總攻擊令，唐生智任中央軍總指揮兼左縱隊指揮官，以攻佔武漢為戰略目標。8月19日湘北革命軍開始總攻擊，唐生智指揮之左縱隊渡過汨羅江，佔領長樂街，21日左縱隊敗趙恆惕、李濟臣所統之援湘軍董政國、孫建業等於新牆，嶽州震動，22日何鍵師克嶽州，葉開鑫、宋大霈等分退華容城陵磯，24日李品仙師佔羊樓峒，25日佔蒲圻，28日何鍵師自臨湘渡江，右縱隊也進入湖北，北伐軍先後攻克汀泗橋和賀勝橋，吳佩孚敗走，湖南底定。

入城，俘劉玉春、陳嘉謨，武昌克複，吳佩孚的主力基本上被消滅，北伐軍在兩湖戰場取得決定性勝利，第四、第七軍轉向江西戰場，第八軍留駐兩湖整訓。11月2日任廣州國民政府委員會委員。12月3日第八軍及第十五軍進攻鄂西盧金山、鄂北張聯升，左翼總指揮職袁祖銘亦出兵夾擊，13日唐生智任國民黨中央執行委員會委員及國民政府臨時聯席會議委員。

1927年1月1日，蔣介石在南昌參加軍事善後會議，力主進兵南京、上海，唐生智則9月3日，第八軍何鍵、夏鬥寅師自嘉魚渡江佔大軍山及蔡甸，湖北省長劉佐龍部不戰東退，6日何鍵、劉興、夏鬥寅師攻克漢陽，7日佔漢口，吳佩孚、靳雲鶚離漢口北退孝感，9日佔黃陂，10日劉興師佔孝感，吳佩孚退向信陽，13日克廣水，14日第八軍與由豫開來之田維勤軍激戰於廣水之北，16日第八軍劉興師克武勝關，夏鬥寅師克平靖關，李品仙師克九裡關，蔣介石攻打武昌則連日不克，17日蔣介石離武昌轉江西督師，鄂事交前敵總指揮唐生智負責，並代理湖北臨時政治會議主席。9月21日指揮第三次攻擊武昌，仍不得手，唐生智乃改取圍困戰術，守敵軍心大亂，時有官兵出城投誠，與此同時積極分化孫傳芳部。10月5日蔣介石電唐生智，須孫傳芳先允撤兵，方可停戰。10月10日武昌守軍賀對庭團內應，第四軍第十師陳銘樞入城