张学良活泼好动、喜热闹的天性使他十分热衷于体育运动，他不仅自己身体力行，而且还积极地加以宣传和推广，在他看来，运动足以代表国家民族的精神，强国必先强种，强种必先重体育，所以，在他主政东北期间，创造了不少我国体育史上的第一：他在中国建立了第一座新式体育场；他促成中国运动员首次参加了奥运会；他资助中国出访的第一支女篮；他还在辽宁举办了首次中外运动员对抗赛。
从1915年起，东北的一些学校开始出现体育活动，在凤城、大连、奉天也相继召开过运动会，但还很不普及。
后来，由南开大学校长张伯苓发起，在东北和直隶、山东、山西等省举办华北运动会，各省轮流举行。
1921年，第九届华北运动会决定在奉天举行，这对东北，特别是奉天的体育事业是个极大的推动。
张学良时任东北军旅长，他积极参与运动会的筹办工作，负责监督指挥建造新式体育场，并担任代理会长主持运动会的进行。
运动会盛况空前，有近600名运动员参加了比赛，仅奉天一省就有400多名参赛选手，为各省之最。
张学良对各省远道而来的运动员，饮食起居照顾得十分周到。
此次运动会为张学良支持发展东北体育事业的开始。
1928年，张学良就任东北大学校长，在开学典礼上，他慷慨陈词，鼓励学生好学上进，提出德、智、体、群、美五育并重的办学宗旨，希望造就完全之体育人才，振兴东北体育，振奋民族精神。
次年在他的提议下，教育学院成立了三年制的体育专修科，招收体育较好的高中毕业生和运动员，第一期录取了公费学生约50名。
为培养体育人才，提高田径运动水平，张学良不惜重金聘请师资，科主任郝更生，教授宋君复、王文林、吴蕴瑞、申国权，均是留美和留德的高才生，分别担任体育理论及技术课的教育。
当年张学良更是以月薪800两白银，另配轿车一辆的壮举，聘请到德国长跑专家担任田径教练，后来全国田径冠军刘长春即由他训练成才。
第九届华北运动会之后，因连年战祸中断了几届，经张学良积极提倡，多方努力，又得以恢复，定于1929年5月在奉天召开。
张学良和夫人于凤至分别担任了此届运动会的正副名誉会长。
在开幕式上，张学良因军务繁忙，未能亲临参加，但他委派其弟学铭代表他向大会致欢迎词。
下午3时，张学良赶到会场，兴致勃勃地走到田径场的沙坑边，脱掉外衣，穿着白汗衫和短裤，参加跳远比赛，全场欢声雷动，为他加油。
此后几天的比赛，张学良每天都必到场观看，有一次正逢标枪比赛，开赛前，他也兴致盎然地试掷了一次。
在这次运动会上，得到张学良支持和培养而倍受鼓舞的东北大学学生刘长春在100米决赛中创造出10秒8的全国最高记录，在远东也排名不俗，闭幕时，于凤至亲自为他颁奖。
至此，东北大学的体育运动一跃成为全国之冠。
同年夏，张学良又在东北大学兴建了可容纳3万人的现代马蹄形体育场，实现了他很早就想在沈阳建筑现代大型体育场的愿望。
在当时，这座体育场无论是规模，还是设施，在全国都首屈一指，对东大体育运动的发展起了极大的推动作用。
1930年4月，第四届全国运动会在杭州召开。
在张学良的积极倡仪和支持下，东北各省均派代表团参加，仅辽宁省就选派了123名运动员参加田径、游泳和球类等的比赛。
在这次全运会上，东北运动员大显身手，不负众望，成绩斐然：短跑名将刘长春一人独得3项冠军，轰动全国，成为红极一时的新闻人物，杭州市政府为了庆祝他取得的好成绩，竟将通往体育场的大马路改名为长春路；哈尔滨巾帼英雄孙桂云独得两项第一，杭州也把一座桥命名为桂云桥；男子19项比赛，辽宁获6项冠军和男子田径总分第一名；巾帼不让须眉，辽宁女子毫不示弱，也取得了一项冠军和总分第四名的好成绩。
随后，刘长春和孙桂云代表国家参加了在日本东京举行的第九届远东运动会，张学良慷慨解囊资助3000现洋，勉励他们为中华民族争光。
为了进一步培养尖子运动员，尽快提高整个民族的体育运动水平，张学良还特别邀请了德国、日本的一流运动员来沈阳，同中国运动员一起进行比赛，切磋技艺，交流经验，使中国运动员能取长补短，了解到最新的体育动向。
闯东京，赴大阪，战京都，东北大学篮球队和足球队在张学良校长的支持和资助下，第一次远征海外，张学良的二弟张学铭受托负责联系安排比赛事项。
此次出征，篮球赛三胜一负，足球赛二胜二负一平，东大学子以异军突起之势，令日本体育界大为震惊，使一向讥讽中国为东亚病夫日本朝野从此刮目相看，再不敢小觑。
1931年春节前，《上海时报》以头版头条套红大字标题争看东北捉海贼，报道了东北大学篮球队以悬殊比分战胜久霸上海篮坛，实力雄厚的美国军舰海贼队的消息。
赛前，人们对东大队并没有抱多大的希望，然而，赛场上东大队员配合默契，冷静沉着，敢打敢拼，智夺智攻，竟奇迹般地以37比21大败海贼队，为国家和民族争了光。
赛后，上海观众群情激昂，将东大队员团团围住，不断地说：打得好，打得好，打出了中国人的脸面。
张学良获悉后，按捺不住内心的激动，立即致电表示祝贺，电文中东大健儿，为国争光，雪我东亚病夫之耻辱，弘扬中华民族之精神的赞扬使队员受到极大的鼓舞。
九•一八事变后，东北三千万同胞挣扎于日本帝国主义的铁蹄之下，东北体育界人士在张学良的资助下，成立了东北体育协进会，组织东北四省的体育运动代表队，参加全国运动会及华北运动会等大型比赛，呼吁全国团结起来，收复东北。
1933年第五届全运会在南京召开，当东北四省代表高举队旗步入会场时，全场掌声雷动，经久不息。
此次全运会，东北健儿刘长春再创佳绩，以10秒7的神速刷新了由他自己保持的全国纪律，这一记录后来一直保持了25年之久，直到新中国成立10周年大庆前夕，才被新一代的运动健儿打破。
之后，1933年在青岛举行的第十七届华北运动会、1934年在天津举行的第十八届华北运动会和1935年在上海举行的第六届全国运动会，东北四省均派队参加，成绩不俗。
特别是第十八届华北运动会在天津开幕时，东北四省代表进入会场时，主席台对面打出收复东北的大幅标语，全场鼓掌欢呼，喊出打回老家去的口号，一时摄人心魄，振人肺腑。
这个场面大大刺激了日本驻津总领事，他提出抗议，要求取消东北队参加比赛的资格及所谓不友好的标语口号，河北省主席于学忠未予理睬，日本总领事竟以退席相要挟，但他也只能是退席而已。
张学良身兼数职，政务繁忙，但他仍一如既往的关心体育事业，还经常个人出资赞助体育活动，1931年5月，上海两江女子篮球队作为中国体育史上第一支出访的女篮东渡日本参赛，南京政府分文不给，张学良慷慨解囊，资助了全部经费，结果女篮在日本5战5胜，回国途中又应邀访问朝鲜，也同样是3战3捷，大振国威。
在张学良的认识中，体育是强国之本，用健全之身体，才能求精妙之学问，才能作有效之抵御，所以，他积极倡导各种体育活动，东北各种类型的运动会也开得热火朝天，在他主政期间，可以说是东北体育史上最活跃、最辉煌的时期。