1925年春，调到宣传队参加东征讨伐陈炯明。
1926年7月加入张治中黄埔军校武汉分校学兵团，任中尉连长。
1927年四一二政变，因不明确表示反蒋，被武汉国民政府囚禁，后来他设法越狱逃到南京，通过张治中见到蒋介石，被任命为总司令部训练处的校阅委员会中校委员。
1928年夏，任南京陆军军官学校杭州预科大队第2中队中校队长。同年冬，任新编第1师第2旅参谋主任。
1929年任南京中央军校第7期第4队中校队长，后任教导第2师中校营长。
1932年冬，任第25师副师长。
1933年秋，进入南京中央军校高等教育班第一期进修。
1936年高教班毕业，协助徐庭瑶创办南京陆军交辎学校，培训指挥机械化部队作战的军官。
1936年10月5日授予少将军衔。
1937年任国军第一支装甲兵团少将团长。
1938年任第两百师师长，12月任新十一军副军长。
1939年任第五军军长，以桂南会战、昆仑关大捷闻名，后任昆明警备总司令。
1942年升兼中国远征军第一路副司令长官，率部入缅作战。
1944年任第五集团军总司令兼昆明防守司令。
1945年2月20日晋升为陆军中将，秋季率部围攻五华山，10月迫使龙云辞去云南省军事行政职务，10月26日任东北九省保安司令部司令长官。
1946年任私立东北中正大学董事长。
1947年8月东北九省保安司令部并入国民政府主席任东北行辕，任东北行辕副主任。
1948年3月当选国大代表,6月任徐州剿总副总司令兼第二兵团司令官，9月，转任东北剿总副总司令兼冀热辽边区司令官，11月指挥东北国军从葫芦岛撤退，11月6日淮海战役开始，转回任徐州剿匪副总司令兼前进指挥部主任。
1948年12月17日毛泽东为中原、华东两人民解放军司令部写一个敦促杜聿明等投降书广播稿。
1948年12月25日新华社发布43名国民党战犯名单，杜聿明为第三十六号战犯。
1949年1月10日的淮海战役中，最后在河南永城县陈官庄被俘，并送至功德林战犯管理所接受改造，杜聿明是唯一身兼战犯与战俘双重身份的人。
1959年12月4日第一批特赦，在北京中朝友好公社劳动。
1961年3月任全国政协文史专员。
1964年11月，任第四届全国政协委员。
1980年发表《纪念 二·二八 寄语台友》一文，呼吁在台湾的老同学、老同事、老朋友们为完成祖国统一大业贡献力量。
1978年任第五届全国人大代表、第五届全国政协常委及文史资料研究委员会军事组副组长。
1981年5月7日，因患肾衰竭在北京逝世，享年77岁。