Una vez que Madero tomó posesión como presidente, nombró a Abraham González como secretario de Gobernación. Apenas se estrenaban en esos importantes cargos cuando comenzaron las dificultades con diversos grupos descontentos con el triunfo maderista y el ascenso de José María Pino Suárez a la vicepresidencia en detrimento de la figura del médico Francisco Vázquez Gómez. Los brotes de violencia de enero y febrero de 1912 en Chihuahua, dirigidos por jefes como José Inés Salazar y Emilio Campa y por maestros como Braulio Hernández, ganaron fuerza cuando se vincularon a la carismática figura de Pascual Orozco. Este no ocultaba su enojo con Madero, provocado por los nombramientos de parientes y de militares porfiristas. Además, Orozco se rehusó a combatir a los zapatistas en Morelos, como parece haber sido la intención de Madero. A principios de marzo de 1912 Orozco se rebelaba contra Madero, rompiendo así la unidad de los grupos locales que se habían levantado en armas contra el terracismo durante 1910 y 1911.
El alzamiento orozquista ha sido un serio problema para los historiadores. El estudio más detallado sobre Orozco plantea que ese alzamiento se explica por un gran engaño. Los oligarcas chihuahuenses, preocupados por alzas inminentes de impuestos y en general por el ascenso de Madero, se acercaron a Orozco, considerando sus grandes diferencias con Madero. Los oligarcas financiaron en parte el movimiento armado. Pero este acercamiento con los oligarcas no invalida que Orozco repudiara a Madero por el tibio rumbo de su gobierno y el escaso interés por imponer reformas sociales radicales. Orozco suscribió el Plan de la Empacadora, de marzo de 1912, en el que se retomaban algunas de las demandas magonistas de 1906, como los derechos laborales, la libertad de expresión, la autonomía efectiva de los municipios, así como una fuerte oposición a los intereses norteamericanos. Pero además definían con precisión los pasos a seguir para redistribuir la propiedad de la tierra, pues se anunciaban expropiaciones e incautaciones de terrenos ociosos. Este radicalismo orozquista, nutrido además con el de antiguos magonistas, se expresó en la furia con que fueron tratados los mormones de Casas Grandes, que se vieron obligados a abandonar sus colonias en el curso de ese año de 1912. Los terracistas no objetaron ese documento radical, con tal de ganar el apoyo popular a su causa antimaderista y conservadora. Esto significa que los oligarcas manipularon el radicalismo de algunos sectores orozquistas (y por allí puede hablarse del engaño) para impulsar su proyecto político dirigido a restaurar el antiguo orden de cosas. La estrategia de los conservadores pareció tener éxito al principio, pero a largo plazo se volvería contra ellos.
En unos cuantos días el orozquismo controló la mayor parte del estado. Villa mostró su fidelidad a Madero y González y se lanzó a combatir a los "colorados", como eran conocidos los orozquistas por sus antecedentes magonista-anarquistas. Sin embargo, los rebeldes recibieron muy pronto una severa derrota política. El gobierno norteamericano prohibió la venta de armas al orozquismo, que de ese modo perdió una fuente indispensable de aprovisionamiento. Esa medida, que era muestra de la pesada influencia del vecino país, inclinó la balanza a favor del gobierno maderista. Para mediados de 1912 el orozquismo estaba ya derrotado. Pero antes había vencido a las tropas maderistas en varias ocasiones, la más importante en la estación de Rellano, derrota que llevó al suicidio al general González Salas, el comandante derrotado. En el desenlace desfavorable al oroquismo también contó la fuerza del ejército federal, dirigido por el general Victoriano Huerta, a la que se sumaron las fuerzas irregulares de Villa. En agosto Pascual Orozco no tuvo más remedio que huir hacia los Estados Unidos.
En febrero de 1913, sin embargo, se inició la fase más violenta de la Revolución. El ejército federal, cuya estructura porfirista permanecía intacta, derrocó y más tarde fusiló al presidente y al vicepresidente. El general Victoriano Huerta, vía el golpe militar, asumió entonces el Ejecutivo federal, lo que provocó la reacción violenta de varios grupos en diversas partes del país. En Chihuahua, el jefe militar Salvador Mercado obligó al gobernador Abraham González a dejar el poder; más tarde, fue asesinado cerca de Bachimba. Jefes como Orozco, Salazar y Rodrigo M. Quevedo se sumaron al régimen huertista. En contraste, los jefes más cercanos al maderismo y a Abraham González, como Francisco Villa, Toribio Ortega y otros, se afiliaron al movimiento antihuertista que encabezaba el gobernador Venustiano Carranza desde Coahuila, cuyo congreso declaró la ruptura del pacto federal. Este grupo pronto fue conocido como ejército constitucionalista.
Para sorpresa y admiración de muchos, entre marzo y noviembre de 1913 Villa logró organizar un poderoso ejército que acabó con los huertistas locales, incluidas las fuerzas orozquistas El 1° de octubre Villa venció a los federales en Torreón; el 5 de noviembre sitiaba la capital del estado de Chihuahua. Al fracasar en su intento de tomarla, Villa movilizó sorpresivamente sus tropas hacia Ciudad Juárez, plaza que cayó el 15 de noviembre. Con esta victoria Villa preparó en mejores condiciones la toma de la capital del estado. El general Mercado intentó detener a los villistas antes de que se acercaran. Pero el 25 de ese mes la fuerza dirigida por el orozquista Salazar fue derrotada en Tierra Blanca, lo que dejaba el camino libre hacia Chihuahua. Ante la derrota de Salazar, cundió el pánico entre huertistas y millonarios de la ciudad de Chihuahua. El 27 de noviembre evacuaban ambos la ciudad con rumbo a Ojinaga. Don Luis Terrazas, con sus 84 años a cuestas, abandonaba el estado junto con las tropas que, mal que bien, conservaban sus privilegios. La ciudad de Chihuahua casi se vació de ricos. Villa simplemente los aterrorizaba.
Villa asumió el cargo de gobernador el 8 de diciembre de 1913. Fue entonces cuando se mostró el alcance del radicalismo antiterracista. Por principio de cuentas, Villa ordenó la incautación de los bienes de las principales familias de la oligarquía local, justamente las que habían huido con las tropas huertistas. Implantó luego un sistema de administración de esos bienes, que entregó a don Silvestre Terrazas, el ex director de El Correo de Chihuahua. Este sistema garantizaba la continuidad productiva de haciendas y demás propiedades, algo fundamental para financiar al ejército villista. Más tarde buscó garantizar un abasto regular y a bajo costo de carne y otros alimentos a las ciudades. El fraccionamiento de las grandes haciendas y su entrega a los campesinos se efectuarían una vez concluida la guerra. Si se entregaba tierra en ese momento no era difícil que una parte considerable de las tropas se rehusara a continuar en el ejército o a trasladarse a combatir a otros estados. Por esa razón, Villa combatió a Máximo Castillo, un líder revolucionario de trayectoria maderista y orozquista que procedió a repartir tierras de ocho haciendas terracistas en junio de 1913.
Luego de un incidente naval, el 21 de abril de 1914 los norteamericanos tomaron a sangre y fuego el puerto de Veracruz. Carranza, que por esos días vivía en Chihuahua, protestó enérgicamente contra la invasión. Pero Villa, mostrando su pragmatismo, manifestó su confianza en que no habría necesidad de cruzar fuego contra ellos. Este deslinde de opiniones marcó el inicio de una fuerte hostilidad entre Carranza y Villa, que tendría graves consecuencias. Villa, no sobra decirlo, se esmeraba en proteger las negociaciones norteamericanas y por ello no sorprende que la enorme presa de La Boquilla pudiera seguir construyéndose a lo largo de estos años de gran violencia armada. Esa relación de Villa con los norteamericanos tal vez pueda explicarse por su interés por conservar el acceso al mercado de armas y a la salvaguarda de una relación político-diplomática que tenía gran peso en la turbulenta vida política mexicana.
El aparato político-militar del villismo era importante porque el régimen de Huerta aún era un enemigo poderoso. En mayo de 1914 las fuerzas villistas, ya conocidas como la División del Norte del ejército constitucionalista, salieron con rumbo a Torreón. Allí tuvo lugar una dura batalla contra el reducto huertista, que duró más de una semana. El 20 de mayo Torreón era villista. Fue entonces cuando se agudizó la enemistad entre Villa y Carranza. Éste deseaba detener el avance de Villa hacia Zacatecas, para dar tiempo a que Álvaro Obregón, con su División del Noroeste, llegara primero a la ciudad de México. Villa desobedeció a Carranza y atacó Zacatecas en la última semana de junio. Allí se trabó una de las batallas más encarnizadas y sangrientas de la Revolución. El triunfo villista debilitó grandemente al huertismo, que también veía cómo Álvaro Obregón tomaba y dejaba atrás Guadalajara y se dirigía a toda velocidad hacia la capital del país. En agosto de 1914 Obregón firmaba los tratados de Teoloyucan, que formalizaban la derrota del régimen de Huerta y el triunfo del constitucionalismo encabezado por Carranza. Uno de los acuerdos fue la disolución del ejército federal, algo que Madero debió haber hecho desde mayo de 1911.
Villa no tomó la ciudad de México, pero mostró la enorme capacidad organizativa de su poderoso ejército. Con base en la ciudad de Chihuahua, este ejército recibía recursos y pertrechos desde Ciudad Juárez, en donde se adquirían de comerciantes norteamericanos. Por ello, todos los grupos revolucionarios buscaban controlar un punto fronterizo con Estados Unidos. Pero el aparato militar de Villa, incluido su servicio médico, era por mucho el más complejo y eficiente.
