在国民革命军的编制序列中，历史上曾先后出现过3个第45军。
一、建国豫军樊钟秀部组成的第45军
该军前身是樊钟秀所属的陕西地方部队。1912年2月，樊钟秀参加了豫军总司令李亚东组织的北伐失败后，逃往陕西宜川县。后樊钟秀被拥为土匪首领，活动于洛川、甘泉、富县一带。1916年，樊钟秀的土匪武装被陕西总督陈树藩收编，并参与反对袁世凯称帝活动。1918年2月，胡景翼组建“靖国军”发起反段（祺瑞）讨陈（树藩）之战时，樊钟秀离开陈树藩投靠胡景翼的“靖国军”，任第2路军司令。后为直系吴佩孚收编。1923年4月，粤军总司令陈炯明叛变革命，吴佩孚令樊援陈。由于樊钟秀对孙中山久已仰慕，率部进至岳阳、吉安时，樊钟秀投奔广州革命政府，被孙中山委任“豫军讨贼总司令”之职。
1924年1月，广州革命政府召开国民党第一次全国代表大会，樊钟秀当选为候补中央监察委员。同年4月，陈炯明再次叛乱，孙中山命樊为援东路作战军右路总指挥。樊军取海丰，攻龙岗、平湖，击败陈军，稳定了江东局势。9月，孙中山进驻韶关，誓师北伐，委任樊为建国豫军总司令，下辖阎凤岗旅、任应歧旅和陈青云旅，全军3000余人。至1925年夏，该部扩编为4路：第1路李山林，第2路赵天青，第3路李万林，第4路赵振江。1926年7月，蒋介石曾任命樊钟秀为国民革命军第13军军长，但樊钟秀坚持以建国豫军的旗帜策应北伐。1927年南京政府任命樊钟秀为第45军军长。原辖第1、第2、第3、第4路，依次改编为第1、第2、第3、第4师。1928年3月，乘冯玉祥与奉军大战之机，率师北进，与4月进占临汝、偃师等地，围逼郑州、洛阳。冯玉祥急调山东石友三、陕西宋哲元部联合击退樊军。此次战败后，樊率残部败退安徽涡阳、蒙城一带，为保存实力，樊通电下野去上海赋闲。
1930年初，阎锡山、冯玉祥合作反蒋，中原大战即将爆发。因此，蒋介石令樊钟秀回河南召旧部相助，并委任樊钟秀为豫陕边防军总指挥。樊钟秀回河南许昌召集旧部3个师，约4万人。同年3月冯玉祥策反并委任樊钟秀为第8方面军总司令，率部驻守荆紫关。为此，蒋介石亲自至许昌，以拨大洋15万元的条件，请樊移防荆紫关，让开许昌，以便直取郑州冯部大本营。当樊拒绝蒋介石的收买后，蒋介石便令第5军团何成浚部徐源泉、上官云相等3个师攻临颖，樊军不支，退守许昌。冯玉祥虽多次派兵增援，但仍不能扭转战局。6月4日，樊到南关视察战况，回城至南门时，被蒋机炸死。该军番号撤消，部队溃散。
二、川军邓锡侯部组成的第45军
该军的前身是邓锡侯所属的第28军。1935年5月，蒋介石为加强围追堵截红军长征的力量，将川军邓锡侯第28军改编为第45军。邓锡侯任军长，牛锡光任参谋长。下辖：
第125师，陈鼎勋任师长；
第126师，黄隐任师长；
第127师，马毓智任师长；
第128师，邓锡侯兼任师长；
第131师，陈离任师长。
1937年8月，抗日战争全面爆发后，该军隶属第22集团军。邓锡侯任第22集团军总司令兼第45军军长时，该军整编为3个师和2个独立旅。其中：
第125师，陈鼎勋任师长；
第126师，黄隐任师长；
第127师，陈离任师长。
同年9月初至1938年1月，该军先后参加了晋东阻击日军作战，津浦路北阻止日军南下作战和藤县保卫战等。1938年4月，该军扩编成第45、第95军两个军。其中，陈鼎勋任第45军军长，下辖：第125师、第127师；原辖第126师拨归第95军。此次整编后，该军在抗战期间，转战山东、河南、湖北等省区，先后参加了鲁南会战、信阳战役、罗山战役、武汉外围要塞保卫战、大洪山西麓阻击战、鄂北会战、枣宜会战、豫南会战、常衡作战、老河口保卫战等。1945年8月，抗日战争结束后，国民党军队进行整编时，该军番号撤消，陈鼎勋改任第47军军长，原辖第125师、第127师改隶归第47军建制。
三、南京警卫部队一部组成的第45军
该军前身是南京国民政府的警卫部队一部。1948年春，蒋介石为加强长江沿岸的军事力量，将南京3个警卫团编成南京警卫部队第45师，以青年军第207师副师长赵霞任师长。同年6月，该师扩编为整编第45师，赵霞任师长。下辖：
整编第97旅，王晏清任旅长；
整编第102旅，陈阵任旅长。
1948年9月，国民党军重新规定序列和番号，整编第45师扩编为第45军，隶属首都卫戍总司令部，驻守南京市区和江宁地区。赵霞任军长，下辖：
第97师，王晏清任师长；
第102师，陈阵任师长；
第312师（新组建），钟遒彤任师长。
1949年2月，该军第97师师长王晏清率部在南京西郊采石附近起义，军长赵霞因此被撤职查办后，南京（首都）卫戍副总司令陈沛兼任该军军长。同年4月，解放军发起渡江战役后，该军第102、第312师向南逃窜。同月26日，该军被解放军歼灭于朗溪、广德地区。
