1926年6月2日，唐生智宣布就任国民革命军第八军军长兼北伐军前敌总指挥，辖四个师（第一师师长何键、第二师师长李品仙、第四师师长刘兴、教导师师长周斓），加入北伐军行列，3日在萱洲河击败北洋军，恢复黄土岭、衡山、永丰一线，4日成立湖南临时省政府，5日叶挺独立团占领攸县。7月5日，唐生智以前敌总指挥名义下令第四、第七、第八军分三路出击，6日革命军开始大举反攻长沙，渡过涟水，第八军刘兴师克娄底，7日何键师克濲水，8日第八军渡过易俗河，进攻湘乡、湘潭，9日夏斗寅师克湘乡，11日第八军李品仙第二师攻占长沙，刘兴师钟祖培旅克复宁乡，击败“讨贼联军”湘军总司令叶开鑫等北洋军，16日周斓师克益阳。7月17日长沙实行党治，取消省宪省议会，30日唐生智被任命为湖南省政府主席，宣布废除省宪法、解散议会、成立省政府。8月当选为国民党第二届中央执行委员、湖南省党部执行委员，兼湖南军事厅长，明显表示出亲俄、亲共、亲农工的姿态。
8月12日蒋介石到达长沙，决提早进攻武汉，使北军无整顿增援之余暇。8月14日国民革命军总司令蒋中正颁发第二期作战计划及总攻击令，唐生智任中央军总指挥兼左纵队指挥官，以攻占武汉为战略目标。8月19日湘北革命军开始总攻击，唐生智指挥之左纵队渡过汨罗江，占领长乐街，21日左纵队败赵恒惕、李济臣所统之援湘军董政国、孙建业等于新墙，岳州震动，22日何键师克岳州，叶开鑫、宋大霈等分退华容城陵矶，24日李品仙师占羊楼峒，25日占蒲圻，28日何键师自临湘渡江，右纵队也进入湖北，北伐军先后攻克汀泗桥和贺胜桥，吴佩孚败走，湖南底定。
入城，俘刘玉春、陈嘉谟，武昌克复，吴佩孚的主力基本上被消灭，北伐军在两湖战场取得决定性胜利，第四、第七军转向江西战场，第八军留驻两湖整训。11月2日任广州国民政府委员会委员。12月3日第八军及第十五军进攻鄂西卢金山、鄂北张联升，左翼总指挥职袁祖铭亦出兵夹击，13日唐生智任国民党中央执行委员会委员及国民政府临时联席会议委员。
1927年1月1日，蒋介石在南昌参加军事善后会议，力主进兵南京、上海，唐生智则9月3日，第八军何键、夏斗寅师自嘉鱼渡江占大军山及蔡甸，湖北省长刘佐龙部不战东退，6日何键、刘兴、夏斗寅师攻克汉阳，7日占汉口，吴佩孚、靳云鹗离汉口北退孝感，9日占黄陂，10日刘兴师占孝感，吴佩孚退向信阳，13日克广水，14日第八军与由豫开来之田维勤军激战于广水之北，16日第八军刘兴师克武胜关，夏斗寅师克平靖关，李品仙师克九里关，蒋介石攻打武昌则连日不克，17日蒋介石离武昌转江西督师，鄂事交前敌总指挥唐生智负责，并代理湖北临时政治会议主席。9月21日指挥第三次攻击武昌，仍不得手，唐生智乃改取围困战术，守敌军心大乱，时有官兵出城投诚，与此同时积极分化孙传芳部。10月5日蒋介石电唐生智，须孙传芳先允撤兵，方可停战。10月10日武昌守军贺对庭团内应，第四军第十师陈铭枢入城