民主革命时期，武昌起义后，奉令镇守南京，戒备第9镇新军，顽抗革命军。仍被清政府授为江苏巡抚兼署两江总督、南洋大臣。为表示忠于清廷，本人及所部均留发辫，人称“辫帅”，所部定武军人称“辫子军”。1913年袁世凯任大总统后，所部改称武卫前军，驻兖州，表示仍效忠清室，禁其部卒剪去发辫。二次革命中奉袁世凯命，率部往南京镇压讨袁军，纵兵抢掠，屠杀民众数千人。旋被袁世凯授为定武上将军，任江苏督军，调往徐州，转任长江巡阅使，移驻徐州。袁世凯称帝后授为一等公，但内心仍一意维护清廷。1916年袁死后，在徐州成立北洋七省同盟，不久任安徽督军，扩充至十三省同盟，阴谋策划清室复辟。1917年6月形势不稳，大总统黎元洪和国务总理段祺瑞之间发生“府院之争”，争相拉拢其进京调停，于是趁机联合康有为等保皇党人以调解府院之争为名，率兵入京，解散国会，赶走黎元洪。7月1日与康有为拥立溥仪复辟，重新建立皇政，被溥仪任为议政大臣兼直隶总督、北洋大臣，史称“张勋复辟”。但12日为皖系军阀段祺瑞的“讨逆军”所击败，逃入荷兰使馆，溥仪退位，被通缉，继逃到天津租界地区。1918年3月，北京国民政府以“时事多艰，人才难得”为由，对洪宪衲首和辫帅复辟案犯均一律实行特赦。获自由后一直蛰居津门德租界6号（今河西区浦口道6号）寓所。
1923年9月12日因病在天津逝世，终年69岁，溥仪赐谥“忠武”。
