1928年6月4日，張作霖乘坐火車途經皇姑屯車站附近時被日軍埋設的炸彈炸斃，陪同在側的把兄弟吳俊升也應了那句“但願不能同年同月同日生，但求同年同月同日死”的誓言，成了犧牲品。吳泰勳還是比較幸運的，因為當時講武堂正好放假，他原計劃是隨父親一同在山海關迎侍大帥一同出關。車抵山海關，父子二人見過張作霖後，吳俊升改變主意要兒子轉坐轎車先行出發，去奉天準備迎接事宜，自己要和大帥在山海關停留一些時間。吳泰勳遵命下車，改道出發。父子倆誰都沒有想到這一分別，竟成了父子倆永遠的訣別，卻也使吳泰勳躲過了皇姑屯劫難。
皇姑屯炸車現場
當父親身亡的噩耗傳到時吳泰勳耳中時，他如五雷轟頂、悲慟萬分。沒有了父親的庇護，年僅16歲的吳泰勳的命運將會怎樣呢？子承父業、作黑龍江督軍的繼承人？他未免太年輕了。他不僅在軍隊中沒有任何根基，況且那個非嫡親的哥哥、時任第18師師長的吳泰來也不會答應。事實上在皇姑屯事發的第三天，吳泰來就公開宣佈代理黑龍江督軍。吳泰勳思之再三，決定去找張學良。
吳泰勳
同樣失去父親的張學良與吳泰勳見面後，同命相憐、惺惺相惜的兩個人抱頭痛哭。接著，張、吳二人義結金蘭，成為拜把兄弟。這樣，吳泰勳找到了比父親實力更強的新靠山。不過黑龍江督軍之位最後還是落入當時實力最強的吳俊升部下——萬福麟之手，從此與吳家無緣。
1928年11月，吳泰勳從講武堂畢業，但他並沒有重回軍旅。孝字為先的吳泰勳為父親守喪一年，在此期間他辦起了慈善，以父親的名義在瀋陽創辦興權中學堂，學堂的經費以及學生的學費，全由吳家承擔，此舉為吳家爭得不少美名。此外在馮庸創辦馮庸大學時，他也積極出資襄助。
一年很快就過去了。義兄張學良覺得吳泰勳該在軍隊中有所作為，子承父業才是對亡父最好的報答。正好張學良要組建一支新的警衛部隊，便問吳泰勳有沒有興趣“出山”。家仇在身的吳泰勳當即答應，並主動出資購買組建部隊所需的馬匹。
部隊很快就組建起來了，番號是東北邊防司令長官公署衛隊團（對外稱東北陸軍步兵第61團）暫編騎兵隊，由吳泰勳任隊長。這個騎兵隊轄四個大連，編制等同於騎兵團。可是作為隊長的吳泰勳該佩戴什麼軍銜呢？
吳泰勳的騎兵隊正在接受張學良的檢閱，1930年10月攝。
吳泰勳15歲就被任命為陸軍少將，即便是進入講武堂學習，也是以上校的名義。可騎兵隊隸屬衛隊團，團長劉多荃也只是一個上校，總不能讓隸屬於衛隊團的騎兵隊長也佩戴上校軍銜啊。好在吳泰勳很有自知之明，沒等張學良與他交換意見，就主動找來中校軍銜戴上了。
1930年1月20日，未滿18週歲的吳泰勳被東北邊防司令長官公署正式任命為暫編騎兵隊中校隊長。這是吳泰勳第二次踏入軍旅，起步軍銜是中校。一年後，衛隊團擴編為衛隊統帶部，原團長、現統帶劉多荃升為少將，吳泰勳也隨之升任為上校。
吳泰勳的騎兵隊執行的是張學良及其家眷的警衛任務，具有很強的的保密性質，足見張學良對他的信任。然而隨著事態發展，吳泰勳卻對張學良逐漸產生了不滿。究其原因，主要是九一八事變發生後，東北軍不戰而丟失東三省。正在北平隨侍張學良的吳泰勳驚聞此事，痛惜萬分，家都被佔了，為什麼還不打回去？張學良卻堅持由南京中央解決此事，不願調動部隊打回東北。待到被國民政府寄予厚望的國聯調查團無所作為之後，東北已經建起了滿洲帝國，反攻東北也已失去最佳時機。吳泰勳一怒之下，辭去軍職，以示抗議。果真如此嗎？晚年張學良卻說出了另外一種原因。
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