学界一般将民国五年（1916年）6月袁世凯去世，到民国九年（1920年）7月直皖战争中皖系战败这四年时间，称为以段祺瑞为首的皖系军阀统治时期。
自袁世凯死后，段祺瑞虽说位居权力中枢，但因为久远兵柄，没有直接兵权，不像冯国璋那样长时间直接掌握部队。
所以严格说来，在段祺瑞编练参战军以前，皖系只能是略具雏形，段祺瑞虽说身居高位，以其资历、威望，在关键时刻能登高一呼，但也常因没有直接掌控的军事力量而遭掣肘。
最明显的例子就是，民国六年（1917年）段祺瑞为组织军队讨伐张勋而大伤脑筋，刚开始他曾找直隶省长朱家宝和天津警察厅长杨以德出兵协助，这两个人因为段祺瑞已经下台失势没有搭理他；段祺瑞又计划与冯国璋合作讨逆，被手下人阻止，因为当时冯国璋对张勋复辟一直没有明确表态，此举风险太高。最后想到了驻马厂的李长泰第八师和驻廊坊的冯玉祥第十六混成旅，并且联络在保定的曹锟。
这些部队不仅不属皖系的部队，反而是接近直系的军队，段祺瑞又许了很多金钱和官位上的好处，才把他们吸收到自己的讨逆旗帜下。
经过这件事，段祺瑞深感“无军队实权不能有所展布也”，急于想建立自己直接掌控的武力。
民国六年（1917年）8月4日，中国对德宣战，其实这仅仅是外交意义上的宣战，并未要求中国出兵，再说当时一战已处于尾声。
但段祺瑞以此为借口，加快了与日本军事合作的步伐。要求日本帮他编练参战军两个师，并说至少要编练八万到十万的兵力。
根据相关协定和借款合同，日本分两次提供给段祺瑞步枪125000支，子弹7550万粒，机枪372挺，机枪子弹1590万粒，山炮316门，野炮228门，以及各种炮弹、附件配件等。
在获取大宗参战借款和大量新式武器装备后，段祺瑞在民国七年（1918年）秋大规模开始筹建参战军。先成立军官教导团和军士教导团，团长分别由陈文运和曲同丰担任，成员则分别从保定军校的优秀毕业生中、亲皖系部队的初级军官或优秀军士中挑选。
教导团每期3个月，经培训的团员将担任参战军的初级军官和军士。
袁世凯在感到渐失对北洋系的控制时，也曾成立模范团培训北洋军队军官，首期自任团长，其实是想以此形成一种师生关系的纽带，构成一种效忠个人的人身依附关系，段祺瑞自然也深谙此道。
民国八年（1919年）初，在教导团的基础上，分别在安徽、山东、河南三省招兵，组成三个师，约3万人，编成参战军第一、二、三师，师长分别为曲同丰、马良、陈文运。
这支部队无论是训练还是装备，在当时都是比较高的水准。
民国八年（1919年）8月，一战已经结束半年多了，参战军的名称实在是不好意思用了，于是改成“边防军”。不过这支边防军并不驻守边关，全部驻守在离北京不远的地方（三个师分别驻北京北苑、北京南苑、山东济南）。
此外皖系还掌握一支武力就是徐树铮的西北边防军。民国七年（1918年）2月25日，奉军截取了根据中日军械借款协定从日本运来的一批军火，这本来是段祺瑞用来编练参战军的。
其实军火哪有那么容易被冒领，实际上是徐树铮先斩后奏，没经段祺瑞同意，他将私自盖了印信关防的证件提供给奉军，才导致这批军火被冒领的，其目的是以此为条件换取张作霖同意奉军入关。
不过徐树铮却因此占了个大便宜，奉军利用这批军械编了五个补充旅，由于徐树铮在截械事件中的作用，以及在这五个旅的编练过程中的深度参入（徐树铮时任入关奉军副司令），后来这五旅除一旅移驻岳州外，其余四旅都划归徐树铮的参战处（徐树铮后任督办参战事务处参谋长）。
民国七年（1918年）10月20日，徐树铮奉命西北筹边，将这四个旅重新整编，并从安徽、河南等地招募新兵，编成四个混成旅共2万多人，这就是西北边防军，和由参战军改成的边防军不是一回事。
这两支部队都是皖系的嫡系部队，在民国九年（1920年）7月发生的直皖战争后烟消云散了。
