11月17日，外蒙古自治政府将自愿撤治的呈文分别送交都护使陈毅、筹边使徐树铮，请求代转呈送北京政府。北京政府收到呈文后，徐世昌即以大总统身份发布明令，宣布取消外蒙古自治，同时废除相应的中俄条约。
外蒙古取消自治，是当时震惊中外的一件大事。徐树铮10月29日到库伦，11月17日尘埃落定，在短短的18天时间里，他不用一枪一弹，不费一兵一卒，仅凭“恩威并施”手段的运用，就得以大功告成，使外蒙古重归中华版图，确实是“非常之人，立非常之功”。
至此，徐树铮完成了一生之中最为得意也最为重要的一次壮举。11月24日，他载誉回京，向政府述职。各方面的贺电贺函已如雪片一般飞来，皖系内部自然是击掌相庆。梁士诒贺函云：“冒雪北征，保国安边，苦心远识，令人倾倒。”连孙中山也来电祝贺，称自清末以来，割地丧权之事不绝，中国已久无汉代陈汤、班超、傅介子那样能出塞为国建立殊勋的人物。徐树铮在短时间内就建此奇功，足以与上述这些古代人杰比肩称雄。
在当时南北对立的情况下，孙中山的这一表态引起了某些国民党人的抗议。孙中山不改初衷，批复道：“徐收回蒙古，功实过于傅介子、陈汤，公论自不可没。”
对徐树铮建功塞外，最为高兴的恐怕还得数“老幕主”段祺瑞了。老段出面希望徐世昌、靳云鹏论功行赏，将靳云鹏所兼的陆军总长授予徐树铮。
对于徐树铮的功劳，徐、靳自然也都赞不绝口，但段祺瑞此议一出，不仅靳云鹏不愿意，表示“碍难照办”，徐世昌也不赞同。徐世昌认为，国务院里如果插入了徐树铮，内阁恐怕将从此多事，不会有一天安静日子。现在府院之间尚无什么冲突，若因此生出什么事来就不好办了。
徐树铮本人倒不一定特别想进内阁，但他提出，既叫他负责西北边防，那么所有西北各省都应划归他统一管辖。靳云鹏一听，更不乐意了，说这等于割裂中央政权，形成国家中的国家，比广东独立的形势还要糟。
徐世昌说得更实际：“小徐是援清朝开国时左将军的旧例，要把自己的地位凌驾于各省督军之上，可是要叫他们（各省督军）头上再戴一顶帽子，他们未必肯干吧。”
虽然徐树铮的要求未能得到满足，但他在西北特别是外蒙古的地位已无可动摇。国务院决定裁撤库伦都护使署，原都护使陈毅奉调回京，改任豫威将军，外蒙古事务交由筹边使署全权处理。
不久，徐世昌又特派徐树铮为册封专使，负责到外蒙古主持活佛的册封典礼。出使之前，段祺瑞亲率政府官员、议员百余人在故宫保和殿举行了欢送大会。
重返外蒙古，紧张和忙碌已被轻松所代替，但心情却更为激动。上一次徐树铮随身所带的是“六十三条”，这次则是一本《汉书》。
徐树铮的诗文水平很高，自称填词海内第一，其诗句“美人颜色千丝发，大将功名十万骑”在当时广为人知，而它也恰好可以作为《汉书》的题记——如同孙中山所列举的那样，这本古书所记载的汉代，乃是中华民族历史上最伟大最雄健的时代之一，其间涌现出了太多的勇士和外交家，傅介子、张骞、陈汤、班超……他们出使西域，安定边陲，言必信，行必果，其事迹至今读来仍令人血脉贲张。
徐树铮走一路，看一路，吟一路，途经驿站时，心潮澎湃，夜不能寐，便忍不住披衣下床，在驿馆墙上题写七律一首，开头第一句便是：“冲寒才觉铁衣轻，莫负荒沙万里行。”
徐树铮顶风冒雪，风尘仆仆地再次回到库伦。外蒙古军民出郊十里，夹道相迎。进入库伦城后，大街小巷已经全都挂上了民国的五色国旗。
1920年元旦，徐树铮在库伦佛宫主持册封大典，典礼十分隆重。据蒙古人说，乃千年未有之盛举。当徐树铮将册封令与七狮金印交到活佛哲布尊丹巴手中时，整个库伦城一片欢呼之声。
当天，北京政府明令授徐树铮勋二位。志得意满之余，徐树铮决心施展抱负，悉心筹谋治理外蒙古，并进一步争取蒙古人的信任。