外蒙古，大体包括今蒙古国和唐努乌梁海地区，总面积约180万平方公里，清朝时由乌里雅苏台将军管辖。由于距离较远，外蒙古的王公贵族有一定的主权，为防止外蒙古割据，清政府在库伦派有官员长期驻守。
从清初开始，沙俄势力不断东进，开始骚扰外蒙古。1727年，清俄双方签订了《恰克图条约》，肯定了清政府对外蒙古地区的主权。但是，随着丁伯利亚铁路的建成，沙俄逐渐有了占领蒙古地区的野心，于是不断地向蒙古地区渗透，加大对活佛哲布尊丹巴的拉拢，使哲布尊丹巴渐生亲俄疏清之意。据统计，清末时期，外蒙古有108个旗，这108个旗全部被沙俄渗透。
辛亥革命后，中原地区各省纷纷宣布独立，脱离清政府的统治，外蒙古地区的分裂势力在沙俄的支持下也蠢蠢欲动，密谋宣布外蒙古独立。11月30日，杭达多尔济等人向清政府驻库伦办事大臣三多下达最后通牒，宣布将“蒙古全土自行保护，定为大蒙古独立帝国，公推哲布尊丹巴为大皇帝，不日登基。”限三多三日之内出境。12月28日，哲布尊丹巴在库伦登基，组成伪政府，年号共戴。随后，哲布尊丹巴政府与沙俄签订了《俄蒙条约》，使沙俄几乎垄断了外蒙古的全部权力。外蒙宣布独立后，曾传檄内蒙古，但遭内蒙古质疑。
当时，北洋政府刚刚成立，无暇顾及外蒙古，只能在政治上加以笼络。大总统袁世凯数次致电哲布尊丹巴，苦口婆心地向其表示“外蒙同为中华民族，数百年来俨如一家，现在时局阽危，边事日棘，万无可分之理。”“望大扩慈心，熟悉观时局，克日取消独立，仍与内地联为一国。”“蒙古与内地，合则两利，分则两伤。”但外蒙古伪政府不为所动。在对外蒙古鞭长莫及的情况下，北洋政府加大了对内蒙古的工作力度，在绥远将军张绍曾的恩威并用之下，内蒙古各盟旗最终决定赞助共和，遵从大总统及国会公布之法律，不承认库伦协约，并发布了一封劝告库伦取消独立的通电。
为最终解决外蒙古问题，北洋政府不得不与沙俄展开外交谈判，由于俄日之间、俄英之间都订有密约，俄罗斯以支持日本在满洲的活动和英国在西藏的活动，以换取英、日两国对其在外蒙活动的支持，因此，北洋政府在谈判中缺乏国际支持。最终，经过历时八个月的艰难谈判，双方于1913年签订了《中俄声明》，规定俄国承认中国在外蒙古的宗主权，中国承认外蒙古的自治权，中国保证不干涉外蒙古内政并不在外蒙古派驻官员、军队，不向外蒙古移民，但可任命大员偕卫队驻扎库伦。根据这个声明，沙俄虽然承认了外蒙古为中国之领土，便仅承认中国拥有宗主权，而中国对蒙古既不能干涉其内政，也没有军事外交权力，因此，这个宗主权不过是个虚名，外蒙古事实上是独立的。
1914年9月，中、俄、蒙三方在恰克图举行会议，商讨“俄国及中国在外蒙古之利益暨各该处因现势发生之各问题”，经过艰难谈判，三方代表于1915年6月7日正式签订了《中俄蒙协约》，规定外蒙古取消独立，中国、俄国承认外蒙古自治，为中国领土之一部分，外蒙古博克多哲布尊巴丹呼图克图汗名号由大总统册封，外蒙古无权与外国订立政治及土地关系之国际条约，但有权与外国签订工商方面的国际条约，北洋政府赦免所有参与库伦独立之人。协约确认了《中俄声明文件》《中俄声明另件》《俄蒙商务专条》的效力，使得外蒙古地区沦为沙俄的势力范围。
1917年，沙俄内乱，对外蒙古失去控制，日本势力则趁虚而入。1919年春，日本驻库伦武官松井中佐利用布里雅特人谢米诺夫和蒙匪富升阿来策划组成一个由日本控制的、包括布里雅特、内外蒙古及呼伦贝尔的大蒙古国。面对这种情势，部分外蒙古王公担心日本侵占外蒙古，因此酝酿重回中国。
1919年4月17日在北洋政府内部因坚持武统而失去权势的徐树铮将目光转向西北，提出了“西北筹边办法大纲”，6月10日经国务会议议决照办，6月13日北洋政府任命徐树铮为西北筹边使，6月24日又命他兼任西北边防军总司令。
徐树铮是北洋军阀皖系名将，深受段祺瑞赏识，是段祺瑞的心腹谋士。辛亥革命期间，徐树铮替段祺瑞谋划杀掉了谋划在北京发动起义的吴禄贞，随后又在武昌替时任湖广总督段祺瑞起草了拥护共和的宣言，促成了清政府统治的终结。袁世凯谋划称帝时，徐树铮又推动段祺瑞反对帝制，从而遭到袁世凯的忌恨。府院之争中段祺瑞被黎元洪免职，徐树铮为替段祺瑞夺回总理宝座四处奔走，最终借讨伐张勋复辟之机助段祺瑞重掌大权。段祺瑞重任总理之时，正值南北分裂之局面，段祺瑞与徐树铮等人力主武力统一，但因1917年皖系大将傅良佐在湖南败于陆荣廷之手，二人双双辞职。辞职之后，徐树铮在各大军阀之间纵横捭阖，将曹锟、吴佩孚、张敬尧、张怀芝、冯玉祥、张作霖等人都拉到支持武力统一阵营，使得段祺瑞在与冯国璋的争斗中再获上风，并第三次坐上总理宝座。段祺瑞掌权后，徐树铮专意于以武力统一南方，但战事却逐渐对北方不利。冯国璋代理大总统后，打算重新选举国会，于是徐树铮开始积极奔走，打算成立一个支持皖系的政党来控制国会。在徐树铮的努力下，由他幕后操纵的安福俱乐部包揽了国会70%以上的名额，成功控制了国会，最终把徐世昌推上了总统宝座。徐树铮由于在选举中风头过盛以及南方战事不利，逐渐引发各方不满，于是徐树铮就把目光转向了西北。
就在徐树铮被任命为西北筹边使的时候，北洋政府驻库伦都护使陈毅趁势劝蒙古王公放弃自治，并答应保留蒙古王公的一切特权。但是，蒙古自治政府的权力掌握在喇嘛手中，王公属于失意派，陈毅与王公们商量取消自治，在喇嘛们看来就是王公们打算借北京政府来推翻喇嘛，因此对陈毅深感不满。哲布尊丹巴活佛并写了一封信给大总统徐世昌，信中说：“中国驻库办事大员陈毅，提出取消自治……并提出所拟60余条前来……于是本外蒙大众，咸以单独破坏协约……徘徊犹豫，本哲布尊丹巴呼图克图汗，亦多忧虑，实深不安。”
1919年8月3日，苏俄政府发表了致蒙古人民与蒙古自治政府的宣言，称：“蒙古现已成为一个独立的国家，并有权在没有北京或彼得堡方面的任何监护的情况下，独立自主地同其它一切民族交往。”
1919年10月23日，徐树铮率军由北京启程前往库伦。在启程前，徐世铮先行购置了80辆卡车，以作运兵之用。而部队则先徒步由宣化开至多伦，然后乘卡车向库伦进发。由多伦至库伦约两千余里，用卡车运输约需五天时间。为了保持军容严整，徐树铮令部队七天到达库伦。10月29日，车队行至距库伦约140里的叨林时，徐树铮下令停止进军，然后接通日本驻库伦武官松井中佐的电话，对松井中佐说：“根据我驻库伦办事人员报称，日本国在库伦驻有武装部队两千余人，可有此事？”徐树铮此前其实已侦得日本在库伦有驻军100多人，之所以故意夸大其辞，无非是让松井承认有驻军罢了。松井听完徐世铮的话后急忙辩解说：“你的情报是不准确的，我们在库伦只有120名士兵而已。”徐树铮听完后哈哈大笑，说道：“我不管你驻有多少士兵，我想问的是，你是根据中日两国的哪项条约，公然在中国领土库伦驻军的？”松井此时才发现上了徐树铮的当，吱吱唔唔半天才强辩说：“我们是担心库伦地方不安全，所以才派兵保护外交人员的。”徐树铮义正辞严地对松井说：“你们现在在库伦驻军，既无条约依据，又没得到中国政府批准，显然是非法的。我限你3个小时之内，将120人的武装，悉数送缴我驻库伦办事处。倘若超过时限，我军进驻库伦时又方发生武装冲突的话，一切责任全由阁下负责。”松井当然不想妥协，于是找借口拖延说：“你的要求未免太过苛刻，我无权答复此事，需向日本政府请示，至少需要五天时间。”徐世铮立刻回道：“此事的错误是由日方造成的，你是日本政府派驻当地的负责人，有责任替日本政府承认错误，并承担改正错误的责任，你现在必须马上给我一个肯定的答复。”松井嗫嚅了半天也没说出话来，徐树铮于是缓了缓口气说：“我们之间的谈话就此结束，我现在就命令我的部队原地休整一个小时，在这一个小时之内，你要同我驻库伦办事处的长官解决好这一问题，我只凭我库伦办事处的电话决定行止。”说完不等松井回话，“啪”的一声就挂断了电话。半个小时之后，库伦办事处打来电话，向徐树铮报告说松井已将驻库伦军队120人的武装悉数缴至办事处，于是徐树铮下令部队立刻开进库伦。
为了向蒙古人宣示军威，在大军进城时，徐树铮下令每辆车限载20名官兵，人坐在车厢里，但武器要全部显露于外。当汽车进入兵营后，士兵不准下车，而要收起武器，俯卧在车厢内，用巨同幅帆布覆盖车厢，使车外看不到车内有人，然后让汽车驶离营房，开到城外加入新开来的进城汽车行列，重新耀武扬威地入城。就这样，汽车往返一次又一次，把蒙古人看得眼花缭乱，根本不知道徐树铮带来了多少人。
徐树铮到达外蒙后，立刻发现陈毅根本没抓住外蒙取消自治的要点，于是他根本不理国务院不允许他过问蒙事的指示，强行架空了陈毅，由他亲自与蒙方交涉。11月13日，徐世铮出动三个混成旅，将外蒙古军队的驻地团团包围，在宣读了大总统徐世昌的电文后，当场命令外蒙古军队交出所有武器。外蒙古军官还没来得及把消息传递出去，上万人的部队就被缴了械。
11月14日和15日徐树铮两次与蒙古“总理”巴特玛及各喇嘛会谈，对他们施加了巨大的压力。徐树铮发现喇嘛高层“年轻者皆封亲王，而巴特玛只有王衔，心中亦多不平”，因此对巴特玛多加笼络，“每于大议场中，当众极与谦下，尊以老辈，誉以清操，讽以活佛多病，可接其任。”然而，当巴特玛检阅徐树铮所部时，徐树铮则对其“示以军规之严，军容之肃……使知军心之固。”在徐树铮的恩威并用之下，喇嘛们的决心开始动摇。11月14日晚上，徐树铮在巴特玛寓所与其商量取消自治的条件，徐树铮对巴特玛“严词诰谕，谓祸蒙之罪，不在佛而在喇嘛。宽限一日，夜晚须解决，否则拿解者不止一佛，执事虽老，亦当随行。”11月15，巴特玛召集喇嘛王公全体会议，讨论后决定同意取消自治，并派人请求徐树铮不要再催他们，一两日之内他们肯定办妥。
两天之后，外蒙古自治政府准备了两份自愿取消自治的呈文分别送给陈毅和徐树铮，并请他们代转北京政府。外蒙自治政府请求撤消自治的呈文全文为：
“外蒙自前清康熙以来，即隶属于中国，喁喁向化，二百余年。上自王公，下至庶民，均各安居无事。自道光年间，变更旧制，有拂蒙情，遂生嫌怨。迨至前清末年，行政官吏秽污，众心形益怒怨，当斯之时，外人乘隙煽惑，遂肇独之举。嗣经协定修约，外蒙自治告成，中国空获主权之名，而外蒙官府丧失利权。迄今自治数载，未见完全效果，追念既往之事，今人诚有可叹者也。
近来俄国内乱无秩，乱党侵境，俄人既无统一之政府，自无保护条约之能力，现已不能管辖其属地，而布里雅特等任意勾结土匪，结党纠伙，迭次派人到库，催逼归从，拟行统一全蒙，独立为国，种种煽惑，形甚迫切。攘夺中国宗主权，破坏外蒙自治权，于本外蒙有害无利，本官府洞悉此情。该布匪等以为我不服从之故，将行出兵侵疆，有恐吓强从之势。且唐努乌梁海向系外萱所属区域，始则俄之白党，强行侵占，拒击我中蒙官军，继而红党复进，以致无法办理。外蒙人民生计，向来最称薄弱，财款支绌，无力整顿，枪乏兵弱，极为困艰。中央政府虽经担任种种困难，兼负保护之责，乃振兴事业，尚未实行。现值内政外交处于危险已达极点，以故本官府窥知现时情况，召集王公喇嘛等屡开会议，讨谕前途利害安危问题，冀期进行。咸谓近来中蒙感情敦笃，日益亲密，嫌怨悉泯，同心同意，计图人民久安之途，均各情愿取消自治，仍复前清旧制。凡于扎萨克之权，仍行直接中央，权限划一，所有平治内政，防御外患，均赖中央竭力扶救。当将议决情形，转报博克多哲布尊丹巴呼图克图汗时，业经赞成。惟期中国关于外蒙内部权限，均照蒙地情形持平议定，则于将来振兴事务及一切规则，并于中央政府统一权，两无抵触，自与蒙情相合，人民万世庆安。于外族共和，共享幸福，是我外蒙官民共所期祷者也。再前订中蒙俄三方条约，及俄蒙商务专条，并中俄声明文件，原为外蒙自治而订也，今既自己情愿取消自治，前订条件当然概无效力。其俄人在蒙营商事宜，将来俄新政府成立后，应由中央政府负责另行议订，以笃邦谊而挽利权。”
1919年11月21日，徐树铮返回北京述职，1919年11月22日，大总统徐世昌发布明令，接受外蒙古自治政府取消自治的请愿，同时取消《中俄声明》和《中俄蒙协约》。至此，经过徐树铮22天的努力，在不费一枪一弹的情况下，使外蒙古重新回归到中央政府的管辖之下。
正在上海的孙中山闻讯后向徐树铮发出贺电，表示“吾国久无陈汤、班超、傅介子其人，执事于旬日间建此奇功，以方古人，未知孰愈。”
11月30日，国务会议决定外蒙事务交由筹边使全权处理，并特派徐树铮为外蒙古活佛册封专使。12月16日徐树铮从北京出发，12月27日抵达库伦。徐树铮一行到达库伦时受到外蒙官民的热烈欢迎，街头商铺一律悬挂国旗致庆。册封大典完成后，徐树铮便开始专心治理外蒙古。因蒙古人没有商业观念，因此在与内地商人交易时总是吃亏，所以徐树铮首先命令内地商人在与蒙古人交易时要公平交易，不许赊帐盘剥，不许收取高额利息。同时，徐世铮还设立边蒙银行，在外蒙古发行钞票；在适宜种植的地区推广种植大白菜，以解决外蒙没有蔬菜的局面；聘请德国专家进行地质调查，准备开发矿产资源。
然而，就在徐树铮雄心勃勃地准备在外蒙古大施拳脚的时候，国内的形势急转直下，直系的曹锟召集八省代表开会，决议停止对南方作战，并要求解散徐树铮把持的安福俱乐部。同时吴佩孚从前线撤回直隶，要求罢斥徐树铮。6月，徐树铮被段祺瑞召回，7月4日，大总统徐世昌发布命令，免去徐树铮西北筹边使之职，徐树铮对外蒙的经营戛然而止。
徐树铮被召回后，其所部不久也被调回内地参加直皖大战，外蒙防务空虚。1920年10月，白俄军队进入外蒙古，并于1921年2月攻进库伦，至3月18日，中国驻军被完全逐出外蒙古。1921年5月25日，苏联红军进入外蒙古，7月6日进驻库伦。1921后7月11日，外蒙古再次宣布独立，实行君主立宪制，以博克多格根为元首。虽然北洋政府和国民政府在二战胜利前都拒绝承认外蒙古的独立，但外蒙古自此开始就在事实上完全脱离了中国政府的管辖。1945年8月14日，国民政府与苏联签订了《中苏友好同盟条约》，外蒙古获得了法理上的独立。