七、决战山海关
早在江浙战争之前，张作霖就与卢永祥约好，南北一起动手，与直系决战。而且奉军经过两年多的整军经武，战力和士气都得到空前地提高，终于到了可以报两年前一箭之仇的时候了。
张作霖遂于1924年9月4日响应浙卢反直的军事行动，7日邀宴各国驻奉天的领事，宣布由于直军在山海关增兵进迫，故决兴兵入关，请各国领事通知各国侨民离开秦皇岛。
同时张作霖发表了六军人事命令为：
总司令张作霖
第一军总司令姜登选，副司令韩麟春。辖第二师，第五师。
第二军总司令李景林，副司令张宗昌。辖第一师，第二十三、二十四、二十六混成旅。
第三军总司令张学良，副司令郭松龄。辖第四师（原二十七师）、第五、第十九混成旅。
第四军总司令张作相，副司令丁超。辖第八、第十、十二、十四、二十五混成旅。
第五军总司令吴俊升，副司令阙朝玺。辖第二十九师、热河第一师。
第六军总司令许兰州，副司令吴光新。辖骑兵集团。
奉军总司令部设于锦州，分三路进攻，以第一、第三两军组成联军，担任山海关、九门口一线，击破当面之敌后向京津进攻。第三军一师一旅兵力守山海关；以第二军兵力一师一旅为主，向朝阳进展，以期占领建平、承德，并协同第一、三联军夺占山海关，进占迁安、滦州；第五第六两军则利用其骑兵队分攻开鲁、赤峰；第四军集中锦州为总预备队。
奉军兵力，除了派定作战任务的上述各军外，还有未调动的四混成旅及吉、黑方面军队，更有蒙古骑兵亦决定赴奉助阵。
海军方面，张作霖虽经数年筹备，且在葫芦岛有所经营，不过其军舰多为江防舰，另一部分则是征用商船加设炮位武装的，不能适用于正式作战，因此在海上的力量，似较直方为劣。张作霖本有一个计划，拟用这些不能作正式海战的军舰偷运陆军赴山东登州，以扰直军后路，可是这个计划过于冒险，加以吴佩孚洞烛机先，委派郑士琦为直鲁海疆防御总司令，迟云鹏为总指挥，担任沿海防务，以打击奉军登陆登州的计划。
奉方的空军一向在张作霖积极发展下，受中外人士所称道，张作霖致曹锟信中，有“以飞机候起居”句为自豪。而在奉军入关时旅居京津的外侨均紧张万分，要求外交团向奉军交涉，阻止奉方飞机轰炸京津，后来日本的驻华武官表示意见，认为奉方飞机不能在长距离中飞到京津轰炸，这一来人心才勉强安定下来。奉方空军编为三大队，以葫芦岛为空军根据地，向山海关、喜峰口活动，对于侦察军情、破坏直军铁路交通、扰乱直军军心和后方人心都极收效。这是中国内战中首次的空中活动。
这里要特别提一下著名的军阀张宗昌，他自从投靠奉系，一直不受重视，若不是这次用兵，张宗昌是不可能崛起的。
原来张宗昌自攻湘失败后，孑然一身，曾西走洛阳，吴佩孚闭门不纳，只好出关到奉天，求张老帅栽培。张作霖对这位本家很冷淡，只聘为巡（阅使）署高等顾问。张宗昌的目的是带兵，可是奉系排外思想很浓，对这位山东大汉，又是败军之将，自不会轻易给他兵权。
第一次直奉之战，当战事将发未发之际，吴对奉军下了一着冷棋，几乎竟收全功。他暗派干员持兰谱到黑龙江与黑督吴俊升约为兄弟，叫他按兵不动，同时委派高士傧为吉林讨逆军总司令，卢永贵为副司令，打算一举颠覆奉系巢穴。高士傧是孟恩远之婿，孟督吉林时代的吉林暂编第一师师长，后来孟被张作霖赶走，高自然连带去职；卢永贵是高的旧部，张作霖曾收编卢为中东路山林剿匪司令，驻防中俄边境绥芬河一带。高奉吴的密令，在哈尔滨登陆，单骑驰入卢营，卢见了老上司，当然服从一切，高、卢联合起来，在民国11年5月26日由中东路终点绥芬河直向哈尔滨杀来，沿途各站奉军护路队望风迎降，纷纷易帜为“讨贼军”番号，张作霖为之震动。高、卢率部由火车一直开到宁古塔附近海林站，忽感兵力不敷，下令停止前进。原来高不善用兵，行军500余里，经过十余小站，采取步步为营方略，每到一站就分出若干人驻守，站越过得多，前方部队越剩得少，到海林站时，仅剩万把人左右。卢的基本部队原本才有2000人，发难时收编两巨匪各5000人以上，又陆续收编护路队二三千人，合共15000人。他们到海林站时，探知宁古塔有奉军一团驻防，距海林站仅60余里，深恐被拦腰杀过来截断他们归路。其实吴派他们的任务是别动队性质，是一支奇兵，并不是正规军任务，自不需要步步为营，只要扰乱和突袭，攻其不备，胜则入穴取子，如果能一鼓攻入哈尔滨，则不难造成四方响应的局势。不料高、卢到了海林站停了两个星期，不进不退，瞻顾迟疑，这一来却给狗肉将军张宗昌开辟了一条富贵功名的大路。他这时在奉军中位列闲曹，而张作霖尚在关内打得头昏眼花，不料祸起萧墙，自家地盘内异军突起，为之手足无措，于是张老帅想起了这个专打烂仗的本家——张宗昌。
张作霖电派张宗昌赴哈尔滨招收队伍抵御高、卢，张宗昌在哈尔滨是旧游之地，人头很熟，不过当地防军长官张焕相不以正眼相觑，张宗昌左拉右抓，只弄到500多条枪。他就带了这“五百名刀斧手”，要了一列火车，把车门和车窗紧紧关起来，不让别人知道虚实，一口气向北冲。张焕相暗暗好笑，心中说：“这个冒失鬼，真是胡搞，就拿这么一支部队上前线，大概活得不耐烦了。”张焕相以为自己很聪明，把张宗昌当作炮灰，自己隔岸观火。怎料张宗昌碰到的敌人是个大傻瓜，既不知兵，又无胆量，他看见哈尔滨开出了军车，竟抱着牺牲别人的战略，命令临时招来的民兵1000多人上前迎战，却把山林警卫队保护自己的司令部，那些民兵都是有身家性命的人，遇上张宗昌所率领的亡命之徒，怎能对垒，才一接战，张宗昌这边就扔手榴弹，吹号冲锋，民兵不战而溃，牵动了山林警卫队和招安不久的匪军，莫名其妙地就垮了。高仕傧先向绥芬河退却，继而再退东宁县，最后高、卢二人化装逃走，在路上被高的另一旧部俘获，电报张老帅献功，张复电“就地正法”。吴佩孚这支奇兵遂因用人不当而烟消云散。
张宗昌自此遂被张作霖刮目相看，第二次直奉战争前夕，他的部队已扩充到1万人，可是奉张始终不想重用他，仅予以绥宁镇守使的虚衔，不给他饷械。
张宗昌在这一地区混过很久，而且会讲几句俄国话，这时白俄的谢米诺夫残部退到绥芬河，张宗昌和他一咭哩咕噜，公然收编了这支白俄军，实力平添了五六千白俄人马。他没有军饷，于是滥发军用票，白纸上盖着镇守使官印，填上五元、十元。他是个十足的亡命徒，打滥仗能手，根本不知道发行了多少军用票，也不知道自己乱糟糟的军队有多少，完全是老粗白手成家的一套本事。可是他占了一个便宜，在关外的山东人很多，他是山东人，山东老乡大家互相关照。他对同乡也好，山东老乡对他也好，他在东北却是占了不少东北人的便宜。
奉张始终瞧不起这支破滥部队，他重视新人才，想把所有杂牌军次第解散。先调张宗昌移防奉东辉南县一带，令他与李景林隔一道蛤蜢河演习秋操，自己亲临观阵。奉张本意是让李景林部战胜了张宗昌部，然后以张部不能作战为由解除其武装。不料演习时张部乱糟糟地渡了河，李部节节后退，奉张愕然，为之刮目，乃派李和张为奉军一、二两军军长，布防山海关。奉张以张宗昌充前线，后来却成全了张宗昌，因为第二次直奉战争，直军战败，由于吴佩孚部下都是山东人，吴败后，老乡不打老乡的心理，使吴部都投入张宗昌旗下，因此造成了张宗昌的“直鲁新系”。
1924年9月15日，奉军向朝阳方面进迫，9月下旬山海关方面有空战，前线发生接触。
北京方面获悉奉军入关，军情紧急，即电召直系巨头吴佩孚赶速率部入京。
吴佩孚自1922年7月由北京遄返洛阳后，即专意练兵，独树一格，不愿和曹锟左右同流合污。他在洛阳修建继光楼以款接天下士，并在楼上亲题一联：
得志当为天下雨；
论交须有古人风。
其时天下名士奔走于洛阳道上，张謇、章炳麟、康有为都是门下客。1923年4月22日（阴历三月初七）吴佩孚五十寿辰，各方显要到洛阳庆贺的，达七八百人，康有为手撰著名的寿联是：
牧野鹰扬，百岁功名才半纪；
洛阳虎视，八方风雨会中州。
这时是吴一身鼎盛之际，当曹锟贿选前，曹之嬖幸李彦青副官长曾来洛阳，向吴游说。吴平素最鄙视李，见李时即斥责说：“老帅需要你照料，你来此何为？赶快回去，已替你安排好了车辆，快回去吧。”
曹锟就任总统后，吴和曹的左右感情日恶，决心在洛阳埋首练兵，先后设幼军兵团、学兵团、讲武堂军官讲习所、铁甲车队，并扩大巩县兵工厂，经常调训所部官兵。
这时，吴的直属军队共为五师一混成旅，自兼第三师师长驻洛阳，第八师师长王汝勤驻宜昌，第廿师师长阎治堂驻潼关，第十四师师长靳云鹗驻信阳，第二十四师师长杨清臣驻开封，陕军第一师师长胡景翼驻顺德，第二十六师师长田维勤驻河南。此外还有若干独立团合计兵力10余万人，飞机30余架，尚有由温树德指挥的渤海舰队，辖两艘巡洋舰海圻、海琛，两艘驱逐舰肇和、豫章，三艘炮舰永翔、同安、楚豫，总吨数1。3万余吨。
吴佩孚待部属以严著称，吴五旬寿诞时，曾禁止部属入洛阳，并在各报刊有“谢入洛宾客启”。吴的部下很怕这位秀才大帅，所以对祝寿又想来，又不敢来。河南督军张福来地近咫尺，又和吴有金兰之好，自觉万无不来之理，当吴见到张，立即厉声说：“你来干吗？”张毕恭毕敬地回答说：“为大帅祝寿。”吴说：“怎么？你没有见到我的电报？有功夫拜寿，何不去约束一下你的兄弟，你的兄弟比赵前督的兄弟好不了多少。”这时在吴座上还有河南各界代表，张福来不觉愧汗如雨。吴又提出逐四凶、除八怪。这所谓的四凶八怪，都是张手下的红人，包括张的兄弟及督署参谋长、秘书长、军需处长等。
张福来受了这一场呵责，丢人可丢大了，回到开封后，一肚子怨气都出在那些人身上，把他们一律革职，并电报呈称：
“以后用人行政，事事禀命而行。”
河南督军本是“河南王”，可是自从吴佩孚驻节洛阳后，河南王变成了矮屋下的小媳妇，赵倜任督军时畏吴如虎，冯玉祥任督军时也深感榻侧有虎为患，张福来是吴的直属部下，吴对张更不客气，亲而不尊，常对人说：“子衡（张福来字）为人老实，我不能不好好监督他。”
吴素以关羽自况，在当时自然受到中外注视，想不到这位“关夫子”竟惹起外国小姐眷恋。有一位德国小姐露娜从北京到洛阳，抱着崇拜英雄心理，由她的亲戚德国外交官写了一封信，不远千里而来见吴。吴正襟危坐接见了她，这位露娜小姐返北京后竟寄来一封求婚的信，一开头就很干脆地说：“吴将军：我爱你，你也爱吗？”这封信让翻译的人员大伤脑筋，不敢译给大帅，乃请示郭秘书长（其时郭还未死），郭笑着说：“翻译总要的，你们无权扣留大帅的情书。”译员只好硬着头皮呈了上去，见吴并未发怒，且面带笑容，才放下了心。不过吴并没有回信，露娜小姐不死心，一连来了好几封信，回德国后仍还不断来信。纠缠了两年之久。
吴的正室李夫人，在湘军援鄂时去世，吴一直没有续娶之念，如夫人张佩兰亦未扶正。自从闹出德国小姐求婚的风潮后，张夫人便吵着要扶正，为了这桩事，吴还到山东蓬莱把吴家李家的族长请来洛阳开了一次联席会议，这些老头子都不赞成，搞得很不愉快。最后张夫人终于扶正。
1924年1月28日，北京内阁总理孙宝琦移樽就教，亲来洛阳访吴，吴执弟子礼甚恭。
当吴极盛时代，在直系内部树敌也是很多的，不只是曹锟左右，就是直系大将也和吴貌合神离。曹锟贿选前后，反直的国内派系曾组织三角同盟，前面已提到就是孙、段、张。而在直系内部亦有小三角联盟反吴佩孚，观察家如此说：“直系以外有三角联盟，直系以内亦有小三角联盟，小三角联盟是以同盟罢工为逼曹去吴之手段。”
吴志在以武力统一中国，为了军事行动，必须先求战时指挥之统一，乃制定以师为单位，凡巡阅使、督军之兼任师长者应解除师长一职。民国初年军阀们不管官做到多大，绝对不放弃兵权，当时师是最大的军队编制，大军阀们总是身兼师长。吴佩孚、齐燮元都是师长而兼巡阅使，其他多是师长而兼督军。军阀们心理很矛盾，一方面拼命往上爬，一方面又死守住师长位子不让，大家都知道，没有兵的话，巡阅使也好，督军也好，都是空的，爬得愈高，会跌得愈重。
吴佩孚想统一军权，就想削藩。他自己首先倡导，呈请辞去第三师师长兼职；曹锟却不答应，曹说：“第三师是北洋正统，非老弟莫属。”吴对曹仍极恭顺，曹这么说，吴也就不再坚辞；却将直隶督军王承斌所兼的第二十三师、河南督军张福来之第二十四师、湖北督军萧耀南之第二十五师师长一律开去。还想开去齐燮元的第六师师长，王怀庆的第十三师师长、郑士琦的第五师师长，这就招来了直系诸将的极大反对，郑士琦表示宁愿降阶，辞去山东督军而不放弃第五师师长。
1924年5月，王承斌因师长被夺（吴派王维城继任），而请辞直督，当时与王呼应的，有冯玉祥和齐燮元，这就是直系内部的小三角联盟，他们的箭头是指向吴佩孚。
王承斌去见曹锟时，当面提出辞职，曹问王为了什么？王不好明讲是因为师长被夺，只说情绪不好，曹很坦率地说：
“要不干，大家一齐不干。”
冯玉祥反吴，是因为河南督军被撤职，当时吴要查办冯，冯托了张绍曾和张廷锷二人向曹锟去求情，曹打电报给吴说要调冯到北京当面查询；吴碍于曹的面子，才让冯去北京，冯到了北京，曹遂发表冯为陆军检阅使，吴只好同意，冯因此得以继续保持他的军权和军队。
齐燮元一方面是因为吴要他让出师长职务，另一方面吴对于江浙的争端，并不热烈支持齐，所以参加反吴联盟。
第二次奉直战争，在未开战前，直系已是四分五裂了。
1924年9月15日张作霖率奉军入关后，在北京的曹锟便连打十万火急、百万火急、限即刻到的电报召吴佩孚入京。在洛阳的吴佩孚深知直系诸将离心离德，旧将不可用，而新兵又未练成，自己派到关外的“第五纵队”羽毛尚未丰满，后勤没有准备，面临的战争，完全没有把握，内心颇感痛苦。可是曹锟的电报，加上大敌当前，他不能置之不理，于是乃于9月17日乘专车入京。
北京以隆重的礼节欢迎吴，从车站到总统府，五步一哨，十步一岗。直系大将冯玉祥、王承斌、王怀庆等都排队欢迎，这是黎走曹继以来，吴到北京的第一次，也是他生平最威武显赫的一次。
曹锟充满喜悦，像吞了一颗定心丸，堆着笑脸迎接吴，吴向他行礼，他连声说：“子玉，辛苦你了；我老了，一切请你作主。”
直系诸将对吴都表示极端的恭顺，吴本来顾虑内部不团结的疑云为之一扫而空，他相信兄弟阋于墙外御其侮的大道理。
曹锟于吴入京的当天，下令讨伐张作霖，特任吴佩孚为讨逆军总司令，王承斌为副司令，以四照堂为总司令部。
9月17日讨逆军吴总司令在四照常就职，并亲笔点将，吴和总部政务处长白坚武各据长案一端，代理国务总理颜惠庆（国务总理原为顾维钧代理，奉军入关的第二天顾请辞职，曹乃派颜代理）走来时，白坚武竟大模大样地端坐着，只把头略点一下，意气之盛，简直不把堂堂国务总理放在眼下。
吴佩孚是测量学校出身，微时在吉林从军有年，洞晓东北的山川形势及每一军略要地，他的点将，就是完完全全的作战计划：
讨逆军总司令吴佩孚。
第一军总司令兼第一路司令彭寿莘（第十五师师长），第一路副司令冯玉荣（第十三混成旅）。
军副司令兼第二路司令王维城（第二十三师师长），第二路副司令葛树屏（第九混成旅）。
军副司令兼第三路司令董政国（第九师师长）
第二军总司令王怀庆（第十三师师长），军副司令米振标（老毅军）。
前敌总指挥刘富有（第二十六旅旅长）。
副总指挥龚汉治（直隶四路巡防队）。
第三军总司令冯玉祥（第十一师师长）
第一路司令张之江（第七混成旅）。
第二路司令李鸣钟（第八混成旅）。
第一军兵力有三师，在山海关方面与奉军第三军张学良对抗，人数约4万，是主力；第二军兵力一师两旅，以热河为根据，向朝阳方面抵拒奉军第二军李景林部之进攻；第三军兵力一师三旅，由古北口出承德、赤峰，对付吴俊升、许兰州之军事行动，人数不下二万五千，为直军劲旅。
后援军总司令为张福来，副司令为张敬尧，李厚基。曹锳（二十六师）、胡景翼（陕军第一师）、张席珍（第六旅）、杨清臣（第二十四师）、靳云鹗（第十四师）、阎治堂（第二十师）、张治功（陕军第二师）、李治云（豫军）、潘鸿钧（第一混成旅）、谭庆林（察哈尔第一混成旅）分任十路援军司令，曹士杰、林起鹏、田维勤、马灿林、吴长植、张金标分任二、四、五、八、九、十路援军副司令。另派定各省后方筹备总司令：河南李济臣、李炳之，山东熊炳琦，京兆刘梦庚等。总兵力不下二十万。
海军总司令杜锡珪，副司令温树德，总指挥迟云鹏。海军系以杜锡珪之长江舰队和温树德之渤海舰队合组而成，当时上海独立舰队因归降杜锡珪而势力消失，故直军乃倾其全力向辽东湾活动，以大沽口为根据地，秦皇岛为战区，葫芦岛为前线。并拟利用海军征集商船，运输陆战队及他路援军驻安东、营口，由南满铁路进扼沈阳之背。
至于空军方面，编成四队。第一队驻北戴河，第二队驻滦县，第三队驻朝阳，第四队驻航空处。合计储存于南苑、洛阳、保定、清河及停止京戴、京津航空线所得之飞机共有70余架。航空司令为敖景文。
吴佩孚这次点将，从下午2时直到晚上12时，最后写到总司令吴佩孚几个大字，总统府全部电灯突然熄灭，这本是例行的每晚12时正换电，可是不巧在吴点将的最后时刻，点到他自己名字，眼前一片漆黑，令人联想到这是不祥之兆。
第二次直奉战争历时不足两个月，双方参战兵力达42万人，而且都是都是陆海空三军参战，战争规模空前。主战场为热河、山海关，战线由朝阳至冀东，先后经历朝阳、赤峰、山海关、九门口、石门寨诸战役。
1924年9月13日，京奉铁路线全线断绝，奉军开始向朝阳、山海关方面进发。15日，奉军李景林第二军第二十三旅李爽恺部在义县、九官、台门与直系毅军米振彪部四个营接战，从而拉开了第二次直奉战争的序幕。
热河战场是直奉双方率先争夺的战略地区，因为其对于山海关主战场的侧翼安全关系重大。首先进攻的是奉军，分为南北两路：南路部队为李景林、张宗昌率领的第二军，由北镇出发，经朝阳、凌源，进入喜峰口；北路则以第五军吴俊升所部的骑兵为主，由通辽至开鲁，再经赤峰南下承德，向喜峰口以西的长城各口展开进攻。拟以热河战场取得主动后，会同一、三联军在山海关主战场与直军决战。直系在热河的兵力相对来说非常薄弱，仅有龚汉治的直隶四路巡防队5000人驻守朝阳一带，另有米振标毅军7000人驻赤峰，张林的热河第一混成旅3000人驻林西一带，以及热河游击队2000人，热河巡防队1000人分驻开鲁、绥东、平泉一带。这些部队装备陈旧，布防分散，与奉军的实力相比明显处于劣势。
南路战场首先打响，奉军未经大战即轻松取胜。9月15日，奉军进入义县，16日攻占由奉天进入热河的重要通道阜新。随后奉军集中力量进攻直军的战略要地朝阳。当时朝阳驻军主要有朝阜边防司令兼十三师二十六旅旅长刘富有所部，热河第一混成旅所属两个骑兵团，朝阳镇守使兼直隶巡防营统领龚汉治所属的步兵一营，炮兵一连。要说守，起码也能坚持一段时间。但直军将领毫无斗志，当奉军强大的迫击炮一通乱轰之后，刘富有竟然于半夜率部保护自己的私人财物大车小辆逃之夭夭。9月23日，朝阳县城落入奉军之手。
与此同时，北路战场在建平、凌源、赤峰等地进行了较为激烈的战斗，奉军先后攻占建平、凌源。此时直军由王怀庆、董政国率领的后援部队于9月30日和10月1日陆续到达距凌源西南五十里的茶棚，并在此设立司令部，于茶棚以北布防。10月4日，奉军开始向直军防线发起进攻。奉军张宗昌部与直军董政国部在玉麟山鏖战八昼夜，双方都伤亡惨重，最后因为张宗昌缴获了直军的军事布防图，得以避实就虚，侥幸取胜。几乎在同一时间，直、奉军在赤峰也进行了一场激烈的争夺战。奉军第六军许兰洲部联合第二军李景林部对直军进行夹击，从10月5日到7日交战数次，胜负难分。后来奉军出动飞机，轰炸赤峰县城，城内商民从未见过飞机，一时逃散一空，奉军乘机于8日占领赤峰。
随着赤峰失守，热河战场的胜负大局已定，奉军先头部队迅速直逼长城脚下的要隘冷口。奉军之所以迅速取胜，一个关键因素就是直军的第三军司令冯玉祥已经与奉方暗通款曲。当时冯玉祥部由古北口、喜峰口向平泉前进，会和援军第二路胡景翼部攻击奉军侧翼。然而冯玉祥与胡景翼私下早有倒戈之意，第三军于10月1日抵达古北口后就以筹措粮饷为名，停滞不前，坐视直军在热河战场的失败而不救，使奉军免除了后顾之忧。因此上，张作霖一面命张宗昌部牵制住直军精锐董政国部，一面将一部分部队秘密调往山海关主战场，使奉军在兵力使用上处于主动地位。
山海关是此次直奉战争的主战场，双方的主力部队都集中于此。天下第一关北依燕山，南临渤海，山海之间仅有7。5公里，以其“京师屏翰”，“辽左咽喉”之险要位置成为历代兵家必争之地。
直军对山海关一战极为重视，在9月中旬就开始向山海关调集重兵。26日，鉴于朝阳方面的不利局势，吴佩孚又适时调整了山海关一线的兵力部署。命令第一军司令兼第一路军司令彭寿莘所直接指挥的直军精锐第十五师在山海关外的威远城布防，在抢先占领有利地势后，立即修筑堡垒、工事，居高临下，对奉军构成极大威胁。
奉军投入山海关战场的部队也是奉系劲旅第一、第三军，尤其是第三军，一直是奉军的标杆部队。两军组成联合指挥部，计划由郭松龄指挥第二、六旅六个团从正面进攻山海关，另有姜登选、韩麟春指挥第四、十六两旅，共五个团从九门口以北侧面进攻。
双方形成对峙后，从9月17日开始即发生多次小规模冲突，而且都动用了多兵种作战。奉系以空中优势对直军阵地不断轰炸，直军则调来意大利制高射炮进行射击，以挫奉军气焰。
直系海军司令杜锡珪亦派海容、海筹、应瑞、华乙四艘军舰驶往秦皇岛以北助战，拟用海军进攻葫芦岛，同时运载骑兵由营口登陆，奇袭沈阳。但是舰队两次起锚出发，都被奉军的飞机发现，并遭到轰炸返回。于是双方地面的陆军交战开始日趋激烈。
9月29日、30日，奉军开始猛烈炮击直军阵地，并派飞机轰炸山海关至昌黎一线的直军营房、军车，使直军遭受严重损失。同时相继占领万家屯、龙王庙、姚家庄等处，战线逐渐延长。10月4日，奉军主力已经接近直军第十五师阵地。7日，张作霖下达总攻击令，奉军第一、三军全线出击，向直军阵地猛攻。直军第一军司令彭寿莘已提前获得奉军行动的情报，早有准备，于是双方主力展开了激烈拼杀。奉军弹药充足，炮火猛烈，使直军阵地硝烟弥漫，但因其工事坚固，伤亡不大。而奉军多次发起冲锋，遭到直军猛烈反击，伤亡惨重，不得不停止进攻，将重点转移至侧翼要隘九门口。
九门口位于山海关以西10余公里处，地势险要，是除山海关外又一通向关内的重要通道。开战前，九门口已由直军第十三混成旅先行占领，司令部设于九门口西北之黄土营。其下属两团，第一团驻荒山口，第二团驻九门口，成掎角之势，设防颇为严密。10月8日，奉方由姜登选直接指挥颇具山地攻坚战能力的第十九混成旅，突袭九门口北侧的黄土岭长城一线，而原在此地驻守的直军一个营恰好于前夜换防撤走，使奉军轻而易举地越过长城，并立即向九门口侧翼包抄。奉军第二、六旅于九门口正面猛烈进攻，数度冲锋，死伤甚众。直军由于兵力薄弱，在奉军强大的攻势面前，冯玉荣手下的两个团长不听指挥，临阵脱逃，致使九门口陷落，冯玉荣无奈之下，愤而自尽。第十三混成旅损失过半，残部退往石门寨。
九门口失守，不仅使直军士气大挫，而且中央防线被撕开一个大缺口。奉军乘胜进兵，其中裴春生旅由九门口南侧山峦向西南推进，攻占里峪、外峪、响马峪，逼近刺儿沟，有包抄山海关之势。齐恩铭旅沿九门口北侧山峦向西推进，进攻石门寨。正在北京忙于筹措军饷的吴佩孚闻讯大惊，立即决定亲赴前线督战。
继九门口之战后，直奉双方又在石门寨发生激战。石门寨距山海关仅25公里，奉军夺取此地即可南下攻取秦皇岛，切断直军退路，因此彭寿莘立即组织兵力增援，投入保卫石门寨的战斗。
10月11日夜，吴佩孚抵达山海关前线，视察了石门寨、赵家峪、沙河寨一带的直军阵地，决定再度派兵增援，并悬赏10万元，夺回九门口。12日，直系陕军第二师赶到，在距九门口五公里的猪熊峪与奉军接战。14日，直军发动总攻击，在吴佩孚亲自督战下，士气高昂，志在必夺九门口。奉军凭依险要地势，拼死抵抗，双方均死伤惨重。一时间难分胜负，双方于沙河寨、赵家峪、黄土营一线形成对峙。15日奉军以孙旭昌团为敢死队，突击直军阵地，配合全线发起猛烈进攻，一举突破直军防线，16日，奉军进占石门寨。随后奉军前线指挥部移至沙河寨，其先头部队继续推进，直抵柳江。幸好吴佩孚命直军第三师第十团一个营乘坐煤斗车于16日夜间赶赴柳江前线，并迅速发起反击，才阻止了奉军的前进势头。17日下午，直军第三师第六旅旅长张席珍率部赶到，使直军在秦皇岛北面战场的危险形势得到暂时的缓解。
山海关之战是整个山海关战场的决胜战斗，双方都投入了各自的精锐部队。从10月16日起，奉军曾三次突破直军第十五师的防线，以图攻占威远城。当时直军以数十挺马克沁机关枪密集扫射，致使冲锋的奉军士兵尸积赢山，郭松龄数次组织三千人的敢死队，突入直军阵地，展开肉搏战。
奉军见正面进攻无法突破，便转移到沿海一带，对直军阵地轮番展开攻击。炮火之下，死尸成堆，让人惨不忍睹。郭松龄曾经提出暂时休战，双方各自清理自己部队的阵亡尸体，却遭到吴佩孚的拒绝。据粗略统计，双方在此战中各自阵亡万余人。
两军在山海关激战的同时，位于山海关以北8公里处的三道关、二郎庙也发生了大战。由于三道关是通往二郎庙并包抄山海关的最近一条通道关口，直军在此设置了地雷、铁丝网，做了严密布防。10月15日，奉军对三道关进行了猛烈进攻，先驱赶马匹踏响地雷，继用手榴弹炸开铁丝网，然后步兵在迫击炮的强大炮火掩护下发动进攻，终于在付出重大代价下，突破直军三道防线。19日，奉军开始对山海关实施迂回包围。
面对奉军咄咄逼人的攻势，吴佩孚为挽回主动，以攻对攻，下令全线反击。21日，直军第十三、十四、十五师与角山以西的奉军展开激战，双方以重炮和机关枪为主要进攻武器，战斗异常惨烈。22日晨，直军因伤亡惨重，被迫后撤。吴佩孚不甘心失败，又调来第二十四师、二十六师及第三师一部投入战斗。奉军为阻击直军援兵，于二郎庙一带顽强抵抗，双方各有死伤。三道关、二郎庙一战，直军伤亡达3000余人，奉军损失亦在千人以上。
吴佩孚在10月10日赴前线之前曾夸下海口，“今晚亲赴前线指挥，十五日即可荡平逆军。”然而旬日之间，直军接连败北，士气从此一蹶不振。
正当直军在山海关前线岌岌可危之际，第三军总司令冯玉祥于10月19日突然在前线倒戈，回师北京。
吴在前线督战时，冯本人在怀柔按兵不动，吴命参谋长张方严电催各军急赴前线，张给冯玉祥一电，为了加强语气所以在电文后加了一句：“大局转危为安赖斯一举。”这本来是普通的加强语气句子，可是在微妙的时候，这句话就有了问题。冯玉祥虽然已和奉张暗通款曲，但他确有坐观成败之意，他要看直军有了败兆才敢动手。而且吴佩孚及其第三师坐镇北京，回师是没有把握的。直到吴上前线后，并带走了第三师，他感到直军作战不利，前线危急。当收到吴的参谋长来电催促进兵时，他认为直军败局已定，因此乃下了决心“倒戈”。移后方作前方向北京回师。
10月19日，冯玉祥在滦平发布命令：
一，鹿钟麟第二十二旅自密云秘密兼程回京，驰抵北苑，会同留守的孙良诚、张维玺两旅，及总参议蒋鸿遇，进入北京城，分途警戒。
二，李鸣钟第八混成旅自古北口趋长辛店，截断京汉、京奉线交通。
三，电令停兵于喜峰口的胡景翼部南下，占领滦州、军粮城一带，截断直军后路，并防止吴佩孚率军西向。
四，命孙岳秘密监视总统府曹锟的卫队及吴佩孚在京的留守部队。
五，命承德之张之江第七混成旅，宋哲元第二十五混成旅克期返京，并派员联络热河都统米振标部采取一致行动。
10月22日，冯军第二十二旅抵京郊北苑，当夜进入北京，未放一枪，便控制了北京城。
冯玉祥倒戈的消息传到前线，使直奉战局急转直下。10月24日凌晨，张作霖在确定冯玉祥已占领北京后，立即命令奉军各部乘势猛攻。当日上午，吴佩孚仍在山海关督战，下午一时确知内变的消息，而陕军胡景翼的部队已经向东开来，欲截断直军退路。晚六时，奉军攻势更猛，将龙王庙方向的直军第二十三师包围，并散发大量劝降的传单。直军将士得知冯玉祥倒戈的消息，顿时军心涣散，无心恋战。
吴佩孚首尾难顾，急电萧耀南、孙传芳、齐燮元、李济臣调集湖北、江浙、河南等省直军火速北上，会师讨冯。
25日，吴佩孚调集二十六师、第三师各部万余人，自秦皇岛经滦州，于26日抵达天津。
吴佩孚抵津后，将司令部设于新车站，部队集中于杨村、军粮城一带，等候援军。然而北上的援军却先后受阻，齐燮元、孙传芳所部因山东郑士琦宣布武装中立而受阻。陕豫鄂援军在石家庄被阎锡山的晋军截断京汉线，无法前进。这样，吴佩孚的讨冯计划就成了泡影。
吴佩孚素所瞧不起的张宗昌，这时成为战场上的“骄儿”，他所率领的部队如果在今天，就很时髦了，可称之为“外籍兵团”，包括有已改入中国籍的白俄军，以及日本、朝鲜、法国军人，据说这些“洋兵”均曾参与欧战，精娴新式战术，善战而无军纪。张作霖把张宗昌放在最前线，本来是让他作炮灰，想不到却成全了他。他率领这支游杂军共16000人突破直军防线，26日吴佩孚率军回师后，张宗昌即击破直军董政国所率的第九、第二十两师，攻入冷口，27日张军入建昌营，和倒戈的直军胡景翼部联络，追董政国于滦州。10月27日张宗昌、胡景翼部占领滦州，把直军截成两段，一面南下和榆关奉军围迫秦皇岛及山海关的直军，另分兵追击董政国溃部之后而攻唐山。切断榆、津间交通，张福来败退。
10月31日，京奉线上的奉军继续大举进攻，直军将士蜂拥而逃，除主要将领乘船由秦皇岛逃到天津，其余大部被俘。奉军在山海关附近缴获的枪支、器材等各种军用物资堆得比山还高。
11月2日，冯玉祥、胡景翼所部攻占杨村、北仓。3日，逼近天津城外，将附近直军全部缴械，当晚进入天津。同一日，奉军攻占芦台、军粮城。
此时的吴佩孚真正是走投无路了。他一生有三个原则：不入租界，不借外债，不纳小妾。因此首先拒绝了日本顾问要他托庇到天津日租界的建议。无奈之下在部属们的劝阻中乘火车到塘沽，登上运输舰“华甲”号，浮海南下。其参战的十余万直军被奉、冯两部收降。
至此，第二次直奉战争彻底结束。
第二次直奉战争，由酝酿到接战到结束，前后两个月，直军败得太惨，这是吴佩孚做梦也想不到的。
第二次直奉战争，直军彻底垮台，当然致命的因素是由于冯玉祥、胡景翼和孙岳倒戈回师，吴军在前线不及回师，腹背受敌。可是直军也有许多不及奉军的地方，据参观山海关战场的外国军官的综合意见，认为：
（一）奉张作战纯采新式，吴佩孚则仍用旧式战法。
（二）后勤方面，奉军早有准备，粮草无缺，装备齐全；直军则临时采购，军费又极费周章。
（三）奉军迫击炮极多，用高弧线的瞄准法，成三角形而直入直军战壕。
（四）奉军所用飞机翱翔空中，均为新式，机枪和大炮均系新从俄、德两国购买，直军的武器则多系中国汉阳兵工厂所制。
（五）当直军败退时，吴佩孚所招募之少年军，竟在阵后掘小战壕，用炮轰击退却之直军，故直军伤亡极大。
（六）奉军人人耐寒，棉衣被囊一应齐全，直军装备欠缺，且不能忍冻。
这些当然是从军事观点分析，不过吴佩孚本身也有招败之处：第一，吴虽然对政治有兴趣，但他并不懂政治，对外一味树敌，促成奉、皖、冯与西南的大联合。其实以他当时声望、名誉和力量，他可以和各方携手，同时也可以分化其他势力，为什么要驱迫这些力量集合在一块。在直系内部，他虽然代表正直的一面，可是太盛气凌人，促成高级干部离心离德。他常自比关羽，在缺乏政治手腕这方面他倒确是很像关羽。第二，这次对奉用兵，在战略上他也有错误。吴的特长是闪电战，后防空虚，胜则追奔逐北，败则退无所据。当曹打限时即刻到的电报命吴回师靖难时，吴因为前方战火正紧，胜败决于俄顷，不忍功亏一篑。他认为冯虽然倒戈，其他的人不致和冯一致，还想让孙岳等部先去挡一仗，同时急电鲁督郑士琦派兵应战，那知郑早与皖系通款，山东方面只有混成旅长潘鸿钧自动赴援，潘是吴的同乡，所以义不容辞，可是这点力量毫无帮助，结果全都被冯部包围缴械。
当时有倒吴不倒曹的口号，吴也微有所闻，他想曹锟是个老好先生，大概别人不会向曹下毒手。所以当曹一日数电，声嘶力竭地召唤他时，他还以为曹可以下令制止冯军异动。但当他证实冯与胡景翼、孙岳、王承斌等已联为一气，才仓皇回军，火车一夜疾驰七百里，赶返天津。留下前方军事交给有勇无谋的张福来。然而，这一切既太迟，又无壮士断腕的决心。
还有一条重要原因就是直军的作战经费严重不足，使吴佩孚用大量的精力筹措款项，仍然解决不了问题。直军大部都严重欠饷，尤其是冯玉祥部已濒临饥寒交迫。临行各部士兵只领到一两元的开拔费，许多上前线的士兵扬言：“到了战场，放两枪就算对得起他了。”而直系巨头们（如曹家兄弟）各自拥有数千万的身家财产，竟一毛不拔，焉有不败之理？
