民国九年(1920年),川军驱赶黔军,进逼重庆,王文华派遣袁祖铭迎战,相持数月。不久,云南军阀唐继尧想消灭黔军,王文华令卢焘、何应钦、谷正伦回师贵阳。此时,王文华为了避嫌,借口有病到上海医治,又怕袁祖铭有变,就带着他一同前往。途中,袁祖铭怕王文华杀害自己,就秘密潜往京师,拜见靳云鹏总理,请他出面干涉贵州之事。靳云鹏当即拨给袁祖铭20万大洋,并将他的部队命名为“定黔军”。袁祖铭恐王文华妨碍自己,派刺客到上海刺杀王文华,袁祖铭也在北京遇刺负伤。王文华死后,卢焘主持贵州军政事务,但不能孚众。窦居仁、谷正伦、胡瑛、张春圃、何应钦“五旅争权”,众多将士深受其害,希望袁祖铭出来主政。谷正伦属下的王天培、彭汉章,窦居仁属下的毛以宽、张春浦,驻守洪江的王华裔,都愿意推举袁祖铭。袁祖铭于是以王天锡、毛以宽部为中路军,王天培、彭汉章部为左路军,王华裔部为右路军,直驱贵阳。
民国十一年(1922年)八月,北洋政府委任袁祖铭为贵州省省长。袁祖铭尽释前嫌,兼收各派,以张彭年为总参议,丁宜中为秘书长,周素园为政务厅长,陈幼苏为财政厅长。为筹军响,袁祖铭还创办银行,由陈挺策出任经理,次年发行黔币100万元。唐继尧对北洋政府委任袁祖铭为贵州省省长颇为忌恨,假借三省联军的命令,派唐继虞护送刘显世回贵州主政,袁祖铭便率部队退至四川秀山。这时川军闹内讧,熊克武部与刘湘、杨森部开战,北洋军阀吴佩孚听说袁祖铭在四川秀山,就委任他为援川前敌总司令,以节制刘、杨。此时,袁祖铭可以节制川黔鄂秦陇五省联军,故称“五省联军总司令”。此后,北洋政府又委任袁祖铭为川黔边防督办,兼第三十四师师长,授陆军上将军衔,实辖几个师的兵力(有10多万人)。
民国十四年(1925年),杨森想独霸四川,袁祖铭与刘湘联手驱逐杨森。杨森走后,刘湘欲独占四川,欲送40万大洋给黔军以示友好,但袁祖铭不屑一顾。杨森反攻入川,刘湘与之携手,夹击袁祖铭的黔军,黔军大败,只好放弃重庆。民国十五年(1926年)十一月,袁祖铭率军驻扎湖南常德铺坪。十二月,蒋介石召袁祖铭到南昌开军事会议。袁部咨议官聂汉一、何干群由武汉急奔常德,劝阻道:“蒋介石诡计多端,熊克武已经被扣留,如果你去南昌恐怕会遭暗算。”袁听后,取消了去南昌的计划,而改派彭汉章代己前往。这时,北伐战争打响。一方面,袁祖铭接受蒋介石所委任的北伐军左翼军前敌总指挥之职;另一方面,又与北洋军阀吴佩孚藕断丝连。袁祖铭想在蒋介石与吴佩孚之间周旋,以观其变。蒋介石知道袁与吴佩孚暗中往来后,早有除袁之心,乃密令唐生智见机行事。时任北伐军中路总指挥的唐生智电令袁祖铭部开赴北伐前线,主攻鄂西方向。袁祖铭却裹足不进,坐地为王,摊派赋税,招募兵勇,大有想占湘军地盘之意。唐生智大怒,数电促之,袁仍然不听。民国十六年(1927年)除夕,唐生智令其第八军教导师师长周斓设“鸿门宴”计除袁祖铭,周斓怕引起袁的怀疑,决定由常德商会会长曾春轩出面宴请。当时,袁接到请柬后就与同僚们商量:到底是去还是不去?袁的参谋长朱崧提醒袁:恐怕是“鸿门宴”,还是不去为好。袁不以为然,轻蔑地说:“ 他敢动我,我踏平他。”于是,袁仅带副军长何厚光、参谋长朱崧和数十名卫士前往赴宴。果然,一出现代版的“鸿门宴”正等待着他们。 1927年1月30日,袁祖铭一行人等在宴会上被伏兵乱枪射杀,无一生还。袁祖铭毙命时年仅38岁。