1908年张作霖奉命去漠北剿匪，在洮南驻防期间，卢寿萱和赵夫人共同生活。卢氏住在张作霖跨院的西屋，赵夫人住在东屋，两人朝夕相处，感情深笃。这在当时的大家庭中是罕见的。卢寿萱对待从小家贫、不识字的赵夫人非但从不小视，而且尊为大姐，以礼相待。因而她深得赵夫人的倚重。1909年在洮南驻防时，赵夫人因与张作霖一语失和而感情破裂。心地善良的卢寿萱曾从中真诚相劝，然而终因张作霖与赵氏双方均十分固执，终至赵夫人决然返回辽西新民独居。

1911年4月赵夫人在新民县杏核胡同旧宅病危，卢寿萱几次向张作霖请求前去新民，探望并照料大姐赵夫人。也就是在此前不久，卢寿萱的二女儿张怀卿降生了。当时怀卿刚刚满月。张作霖见卢寿萱情真义切，置刚生下来不久的亲生女儿怀卿于不顾，心有所感，不加阻拦，支持卢氏前去新民。

卢寿萱来到新民以后，赵夫人的病情危重。赵夫人临死之前，泪雨婆娑地拉住卢寿萱的手叮嘱说：“二妹，我死以后，汉卿他们就委托给你来照顾了！……”卢寿萱当即慨然应允，说：“大姐，请你放心地走吧，只要有我卢寿萱在，几个孩子就不能让他们受屈的！”赵夫人含笑瞑目。赵夫人死后不久，张学良结束了在新民县的学业前往奉天，卢寿萱果真不负赵夫人病逝前的所望，亲自抚养张学良、张学铭两兄弟。善良的卢夫人将两兄弟视若己出，关爱有加，直到将张学良和张学铭抚养成人。

卢寿萱待张学良视若己出。张学良初到奉天人地两疏，卢寿萱时常带他及张学铭出入上层的各种交际场合。是她让年少的张学良和张学铭大开了眼界，这一切无疑都为张学良后来进入军政两界打下了基础。张学良15岁时，卢寿萱请求张作霖让他学英语，以便早日实现张学良成年后到国外求学的愿望。张作霖赞成卢寿萱的意见，延请奉天督军署一位会英语的科长专为学良做英语的启蒙老师。也正是因此，张学良成为张氏家族中第一个懂英语的人。

1916年奉天许多豪门官宦人家为巴结手握重权的张作霖，纷纷前来为张学良提亲做媒。张作霖当时面对那些名门丽女的攀亲举棋不定，为这桩婚事问计于卢氏。卢寿萱主张力避那些趋炎附势之人的求婚，建议张作霖应为张学良选一出身平民，既有治家之德又有超群学识的女子为终身伴侣。张作霖遵从卢夫人之意，谢绝了那些奉天上层人物的攀亲之请，将于凤至娶进家门。张学良与于凤至结婚后，爱情美满，儿女双全。于凤至成为有助于张学良治家治国的贤内助，其中自然不无卢寿萱这位养母的恩惠。

赵夫人殁后，张作霖将卢寿萱扶正为大太太。后来，张作霖于1926年进入北京任陆海空军大元帅时，为了外交上的需要，卢寿萱才被改称为大夫人。卢寿萱生性善良，性格温淑，是大帅府中最得人心的女主人。她和于凤至的关系维持得最久，一直到“九一八”事变方才分手。