張作相是綠林出身，曾經和張作霖一起投靠過清末盛京將軍增祺，任巡防隊第一營管帶。1903年被官府正式收編，任新民巡防營哨官。
不少人看了名字會以為他和張學良的父親張作霖是親兄弟倆，其實他們兩個的名字看起來像同宗兄弟只是巧合，之前沒有任何關係。再加上他倆兩次結拜為兄弟，又都是奉系軍閥中的重要人物，長期並肩作戰，情同手足，所以被誤傳為有血緣關係的親兄弟了。
電視劇《少帥》中張作霖與張作相
張作相少年家道貧寒，當過泥瓦匠。1901年他為替被土匪殺死的族兄報仇後上山當了土匪，再後來結識張作霖。雖然不是親兄弟，因為名字偶然巧合，讓張作霖很高興，於是義結金蘭。在作戰中，張作相曾於槍林彈雨中隻身救張作霖出重圍。因此兩人結下患難之交，情同手足。
後來，張作霖主政東三省時期，張作相一直都是奉系的第一輔臣。1928年6月4日，張作霖由京返奉，在途經瀋陽皇姑屯三洞橋時，被日軍炸死，這就是著名的“皇姑屯事件”。奉系內部關係錯綜複雜，張學良要想順利集成張作霖的地位其實並沒有那麼容易。6月18日，張學良化裝返回瀋陽。在辦理張作霖喪事的同時，張學良召集東北元老開會，研究推舉東北新主的問題。
有人提議推舉張作相為東三省保安總司令，張作相力排眾議，極力推薦張學良為東三省保安總司令兼奉天保安司令。在張學良穩固他奉系地位的鬥爭中起到了關鍵的作用。在奉系的少帥時代，張作相全心輔佐張學良，張學良對張作相也很敬重，稱他為老叔。張學良的原配夫人于鳳至還認了張作相二夫人花福田做乾孃，關係十分密切。
張學良主政東北後，張作相曾在私底下對張學良誠懇地說：“小六子（張學良乳名），你放心幹好了，我們都會支持你。在公的方面，如果我們不服從你的命令，你只管拿軍法來辦我們；可是私底下，你還是我的侄兒，如果你不好好地幹，我會在沒人的時候，打你的耳光。”
1933年熱河失守後，年邁的張作相退出軍政界，帶領全家遷到天津租界隱居。這時候的日本人急需像張作相這樣的老牌人物給自己撐門面，多次勸誘張作相出任偽滿洲國的偽職，都被張作相嚴詞拒絕。最後，惱羞成怒的日本人為了洩憤，把張作相父親的墳墓炸掉了。
張作相戎裝照
1949年3月，張作相不行突發腦溢血在天津病故，當時周恩來知道後深表惋惜。
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