在國民黨軍的編製序列中，曆史上曾先後出現過3個第20軍
一、黔軍一部組成的第20軍
該軍的前身是黔軍彭漢章的第9軍一部。1926年7月，賀龍在湘西北率部起義，響應北伐，被編入黔軍彭漢章第9軍第1師。1927年2月19日，國民革命軍總司令部下令將賀龍所屬第1師改編為獨立第15師，脫離黔軍建製。同年6月15日，武漢政府決定將賀部獨立第15師擴編為國民革命軍第20軍，隸屬第2方麵軍，賀龍任軍長，周逸群任政治部主任，陳圖南任參謀長。下轄：
第1師，賀錦齋任師長；
第2師，秦光遠任師長；
第3師，周逸群任師長。
同年7月，該軍利用第2方麵軍東征討蔣的機會，由九江開抵南昌，與8月1日參加南昌起義。
二、川軍楊森部組成的第20軍
該軍的前身是川軍楊森軍事今天一部。1926年7月，國民革命軍北伐，擊敗北洋軍閥吳佩孚、孫傳芳，相繼占領武漢、南京、上海後，四川個軍閥紛紛向蔣介石投誠。同年10月，楊森被北伐軍總司令部任命為第20軍軍長兼川鄂邊防司令，朱德為第20軍黨代表。1928年1月，楊森與所屬第20軍郭汝棟部重新組成了一個新的軍事集團，投靠了國民政府。同年5月，蔣介石為了川軍混戰，任命郭汝棟為國民革命軍第20軍軍長。同時，下令免去楊森與第20軍軍長兼川鄂邊防司令。同年6月上旬，郭汝棟被楊森打敗後在川南一隅依附劉湘，楊森回駐萬縣自行宣布恢複第20軍軍長職。10月6日，南京政府發布對楊森“免予查辦”的命令。此時，楊森將所部重新編為3個師：
第1師，楊森兼任師長；
第2師，何金鼇任師長，於淵任副師長；
第3師，王仲明任師長，袁葆初任副師長。
此外，還編有特種團（將校隊）。同年底，楊森聯合李家鈺、羅澤洲、賴心輝等部掀起倒劉湘之戰。
1931年1月，楊森趁羅澤洲與所屬旅長陳光藻出現矛盾，聯合李家鈺，打著援羅驅陳的旗號，趁虛占據廣安、嶽池、順慶等縣，囊括了羅澤洲的防地。楊森攻占廣安後，將所有兵力編為6個混成旅和1個直屬隊。其中第1混成旅，楊漢忠任旅長；第2混成旅，李君實任旅長；第3混成旅，楊漢域任旅長；第4混成旅，高德周任旅長；第5混成旅，夏炯任旅長；第6混成旅，劉治國任旅長。1932年10月，楊森為鞏固地盤，除加強原有部隊訓練外，又把歸來的部屬編成將校隊，在廣安成立精練司令部，由向廷瑞任司令，鄒文龍任副司令。不久，楊將所部編為3個師8個旅，分別由喻孟群、白駒、喬德壽任師長；由夏炯、楊漢域、楊漢忠、李朝信、劉治國、高德周、稅古、楊淑身任旅長。
1933年10月至1934年9月，劉湘任四川“剿匪”總司令，兵分6路。對紅軍發動圍攻。楊森率該軍在參加此次圍攻作戰中，第3、第5混成旅被紅軍全殲。此次圍攻作戰後，楊森率部退至營山、渠縣。1935年5月，該軍因在追堵長征中的紅軍作戰積極，蔣介石駐重慶參謀團將其下轄各師，統一排序改用國民黨軍第133、第134、第135師番號。其中第133師，楊漢域任師長；第134師，夏炯任師長；第135師，楊漢忠任師長。
1937年8月，抗日戰爭全麵爆發後，該軍隸屬第19集團軍，參加淞滬會戰。9月，該軍使用第6集團軍番號，楊森任軍團長，下轄第133、第134、第135師番號不變。1938年1月，該軍參加徐州會戰，軍長楊森被任命為第27集團軍總司令兼軍長隸屬第27集團軍。該軍在會戰中傷亡慘重，兵員補充不足，被迫裁棄第135師，原第134師兼師長夏炯專任副軍長，由原第135師師長楊漢忠改任第134師師長。此時，該軍下轄第133師和第134師。同年6月，該軍參加武漢會戰。1939年1月，楊森辭去該軍軍長職，由楊漢域接任軍長，夏炯任副軍長，下轄第133師，夏炯兼任師長；第134師，楊幹才任師長。同年，該軍先後參加了南昌會戰、第1次長沙會戰和1939年冬季攻勢作戰等。1941年上半年，國民黨軍將贛東北地方保安團隊編成暫編第54師，調歸該軍建製，在該軍的編成內主要擔任湘鄂贛邊區遊擊作戰任務。同年9月至12月，該軍參加第2、第3次長沙會戰。1942年下半年，該軍暫編第54師奉命與第9戰區直轄新編第20師對調建製關係，新編第20師（溫鳴劍任師長）改隸該軍。1943年3月至1944年8月，該軍先後參加了鄂西會戰、常德會戰、長衡會戰和桂柳會戰。在此期間，軍長楊漢域調走，副軍長楊幹才繼任軍長，第134師師長劉席涵升任該軍副軍長，軍參謀長伍重嚴繼任第134師師長。新組建暫編第20師歸該軍建製。1945年3月，該軍所轄新編第20師被裁減。同年4月至5月，該軍參加湘西會戰和桂境追擊作戰。
1946年6月，國民黨軍進行整編時，該軍改編為整編第20師，隸屬第27集團軍，楊幹才任師長，原轄第133師改編為整編第133旅，陳親民任旅長；第134師改編為整編第134旅，伍重嚴任旅長。1947年4月，該師隸屬整編第19軍，參加了對山東解放區重點進攻的泰蒙戰役和孟良崮戰役。同年7月至1948年7月，該師隸屬第14兵團，轉戰於華東戰場和中原戰場，先後參加了對魯中解放區的進攻、回援津浦路戰役、伏牛山東麓戰役、大別山“清剿”戰役、平漢隴海路戰役、宛東戰役、增援豫東戰場的平漢路進攻戰役等作戰。
1948年9月，該師恢複第20軍番號。楊幹才任軍長，伍重嚴任副軍長，胡顯榮任參謀長。原整編第133旅恢複第133師番號，陳親民任師長；原整編第134旅恢複第134師番號，李介立任師長。此時，該軍駐守襄樊一帶，歸第14兵團宋希濂指揮。10月，該軍奉命乘船東下，開赴武漢，準備參加增援淮海戰場的作戰，當船運抵南京時，淮海戰役已接近尾聲，便留守長江防線，1949年4月，該軍隨歸湯恩伯指揮，參加江防戰役（解放軍稱渡江戰役），在第7綏靖區編成內擔任蕪湖、魯港、三山街地段的防禦任務。解放軍發起渡江戰役後，該軍迅速南逃，被人民解放軍追殲與皖南芳山鎮地區，軍長楊幹才被擊斃，副軍長陳親民、參謀長胡顯榮等被俘。此戰後，該軍又在四川重建，以第133師師長景嘉模代理軍長，轄第134師，蕭傳倫任師長；第79師，楊漢烈任師長。1949年12月，該軍在西南戰役中大部被殲，餘部被迫在成都向人民解放軍投誠。
三、川軍郭汝棟部組成的第20軍
該軍的前身是楊森所屬第20軍郭汝棟師。1928年1月，楊森所屬第20軍師長郭汝棟，因內訌與楊森軍事集團分裂，重新組成了一個新的軍事集團。同年5月，蔣介石為了調起川軍混戰，任命郭汝棟為國民革命軍第20軍軍長，吳行天任副軍長，所部改編為兩個師、1個獨立旅。第3師，郭汝棟兼任師長；第5師，廖澤任師長；獨立旅，李逢春任旅長。6月上旬，郭汝棟被楊森打敗後在川南一隅依附劉湘。10月，郭汝棟在劉湘和楊森混戰期間，率部抄襲楊森老窩萬縣等地，楊森因此大敗，郭趁機占據了酉陽、秀山、黔江等8縣，所屬部隊除原來兩個師、1個獨立旅，又新增編1個師，以陳蘭亭為師長。此時，該軍下轄3個師和兩個獨立旅。
1930年5月，中原大戰開始後，蔣介石調郭汝棟率部出川到鄂西駐防，以穩定後方。郭率部出川時，將部隊改編為3個混成旅和1個獨立旅。其中第1混成旅，王靖塵任旅長；第2混成旅，劉公篤任旅長；第3混成旅，蕭毅肅任旅長；獨立旅，花茂如任旅長。留下的陳蘭亭和廖澤兩個師編入劉湘的部隊。1933年7月，該軍番號改為第43軍。
