1927年，张学良在奉军中已升任高级军官，人称少帅，受命主持华北政务。为对张伯苓表示尊重，聘请张伯苓出任天津市市长。张伯苓以不愿参与政治为由，婉言谢绝了。

　　是年9月，张伯苓为警醒国人，揭露日本对我东北地区的侵略意图，亲赴东三省考察，得到张学良的妥善关照和安排。返回天津后，于11月在南开大学建立了“满蒙研究会”，后改名为“东北研究会”。该会建立伊始就得到张学良的大力支持。张伯苓多次致函张学良，介绍办会宗旨和工作进展情况。1928年1月派人持函往见张学良，邀请他担任“东北研究会”名誉董事。张学良欣然接受邀聘，并向该会捐助银元500元作为该会研究经费，对该会的活动倍加赞许。

　　这年4月，张伯苓偕“东北研究会”总干事傅恩龄再次赴东北三省调查研究，月余返校，也都受到张学良和东北官方的诸多优待。张伯苓根据调查所得，依东三省的丰富自然资源、经济、人文、地理等方面，积累了许多资料，发表了许多调研报告并且编著了一部《东北地理》，在南开中学开班授课，教育学生认识广大东北地区对祖国建设事业的重要性和日本的侵略所造成的危机。这些工作后来都引发了日本侵略者的忌恨。

　　“九一八”事变后，张学良因日本人有杀父亡家之仇，抗日救国的决心强烈，张伯苓担任了天津市各界抗日救国联合会主席，也是坚决主张对日抗战的。老张小张的共同抗日救国理念，使他们之间更加互相支持，在他们的忘年交之中增添了诸多传奇色彩。