1926年10月將總預備隊補充師擴編為第二十二師隸屬國民革命軍第一軍，由嚴重、塗思宗分任師長。1927年4月蔣光鼐接任師長。5月1日，國民革命第一軍進至魯南。7月，撤至蘇南。8月，參加龍潭戰鬥。1928年1月師長蔣光鼐（升任副軍長後仍兼師長）。7月其中第一師和第廿二師、第一軍教導團各一部與國民革命軍第三十三軍第九師另編為國民革命軍第九師。  

1931年初，國民政府軍事委員會又以第三路軍第六軍第二十師與第十四軍第81師合編組成新的中原大戰，駐守山東兗州和濰縣地區，仍隸屬第3路軍編成，以孫桐萱任軍長，下轄：第二十師，孫桐萱兼任師長；第81師，展書堂任師長。

1937年8月，抗日戰爭爆發後，第十二軍參加了津浦路北段沿線之作戰。1938年6月，孫桐萱升任第3集團軍總司令後仍兼第十二軍軍長，劉書香任副軍長，隸屬第3集團軍。轄第二十師，週遵時任師長；第81師，展書堂任師長。同時，將撤消的第56軍第22師轉隸第十二軍。1938年至1941年間，第十二軍先後參加了徐州會戰、武漢會戰、1939年冬季攻勢作戰和1941年的豫南會戰等作戰。

1942年12月集團軍總司令兼軍長孫桐萱因反對蔣介石的內戰政策，被蔣以述職為由騙到重慶，隨後監禁，免去集團軍總司令和軍長職務，隨後，由賀粹之升任軍長，唐邦植、週遵時任副軍長。轄第二十師，週遵時任兼任師長；第二二師，張側民任師長；第81師，賀粹之兼任師長。1943年初夏，該軍第二十師轉隸蔣系暫編第9軍，另將原第31集團軍直轄暫編第55師（李守正任師長）轉隸該軍。1944年秋，該軍番號被裁減，其第二二師、第81轉隸第55軍，暫編第55師轉隸第85軍。

-----------------

抗日戰爭結束後，第十六軍移防北平，原轄預備第1師改編為第二二師 ，馮龍任師長；預備第3師改編為第九四師，陳鞠旅任師長；第109師，朱光墀任師長。1946年，第十六軍參加了古北口戰役、張家口戰役、進攻晉察冀解放區的姚村戰鬥、第一次保北戰役等作戰。在進攻張家口戰役和第一次保北戰役中，第109師被人民解放軍殲滅大部。1947年初，第十六軍軍長李正先升任第34集團軍總司令後，由青年軍第203師師長袁樸繼任第十六軍軍長，第109師師長朱光墀升任副軍長，郭崇義任參謀長。1947年7月至1948年6月，第十六軍先後參加了大清河北戰役、清風店戰役、冀熱察戰役。在大清河北戰役中，第十六軍第二二師、第94師、第109師被人民解放軍各殲一部。1948年9月至同年底，第十六軍在  第四兵團編成內，參加了察綏戰役、平津戰役等作戰。其中，第二二師在平北地區被人民解放軍殲滅兩個團，第二二師師長黃劍夫乘飛機逃回南京；第94師在平綏線康莊地區被人民解放軍殲滅了1個團，該師師長周士贏等人乘飛機逃回南京。1949年1月初，第十六軍軍長袁樸、副軍長馮龍由傅作義派飛機送回南京。餘部在傅作義的領銜下，接受人民解放軍的和平改編，其軍部被編入人民解放軍第65軍軍部。

--------------