徐树铮带领卫队直入京师，到将军府强迫各官员联衔进呈，请政府立即削夺曹锟、曹锳、吴佩孚的官职，并要求下令拿办。曹锳为曹锟的七弟，曾任近畿旅长，所以小徐也将他列入名单。呈文推段祺瑞领衔，呈入总统府，大有咄咄逼人的气势。徐世昌总统没有批准，小徐竟率卫队围住总统府，硬要老徐惩办曹、吴，否则不认老徐为总统。徐总统无奈，只好按小徐的要求下一指令，撤去吴佩孚第三师师长署职，交陆军部依法惩办，曹锟革职留任。
曹锟、吴佩孚二人怎么肯俯首听令？当下由曹锟出面，联同东三省巡阅使张作霖，长江三督军李纯、王占元、陈光远发一通电，历数段祺瑞及徐树铮的罪状，顿时全国鼎沸。再加上张作霖回到奉天后，立即派遣重兵入山海关，并发了一篇宣言书：“现闻京城重地将为战场，若根本动摇，国何以立足？并且京奉铁路关系条约，若有疏虞，定生枝节。现派兵入关，扶危定乱。如有与我一致，愿即引为同胞，否则视为公敌。”不过，张元帅在这篇宣言中并未指明讨段，其实是为了给自己留一余地。
曹锟得到奉军入关的消息，料知奉军是来援应的，于是放胆出师，亲赴天津。随后曹锟当场行誓众礼，委派吴佩孚为总司令，号各军为讨贼军，在天津设大本营，高碑店设司令部，一意与段军抗争。段军分四路进攻，第一路统领刘询，第二路统领曲同丰，第三路统领陈文运，第四路统领魏宗瀚。四路大军均归总司令段芝贵调度，总参谋则是徐树铮。七月十四日，两军相距不过数里，眼见短兵相接，一触即发。就在这时，总统府发一通令，命各路军队一律退驻原防，戮力同心，共维大局。
军阀相争，势不两立，还管什么大总统命令？当天，两军便在琉璃河附近开战。边防军第一师第一团马队与第十三师第一营步军，进逼直军第十二团第二营，气势汹汹，锐不可当。直军也不退让，全力抗击。就在双方攻击的时候，忽然见直军步步后撤，退了下去。边防军越战越猛，趁势追逼。边防军总司令段芝贵邀功心切，下令军中合力进击。哪知直军退到第一防线后全部避入深壕，伏住不动，所有边防军射来的子弹都从壕上飞过，没有击中一人。猛听得一声怪响，便有无数子弹飞向边防军，烟尘抖乱，血肉横飞。边防军支撑不住，立即转身往回跑。直军变退为攻，从壕沟中一跃而出，回击边防军。边防军四处逃窜，段芝贵顾命要紧，早已逃得无影无踪。西北军第二混成旅及边防第三师步兵第二团，从张庄、蔡村、皇后店三路分攻杨村的直军防线，全被直军打败。杨村由曹锳驻守，与吴佩孚同日得胜。直军一日两捷，段芝贵懊恨不已，向段祺瑞报告，只说被直军袭击，受了点小挫。段祺瑞想鼓励戎行，特令秘书员草就檄文，布告中外，称“曹锟、吴佩孚等人目无政府，兵胁元首，围困京城，别有阴谋”，将开战责任全部推到曹、吴二人身上。同一天，曹锟也通电各省，说战事全由边防军挑起。
兵戈不足，济以笔舌，双方各执一词，互争曲直。然而战事一旦拉开，就很难收拾，最激烈的是徐树铮，他认为敌寡我众，敌弱我强，根本不把曹三放在眼里，更认为吴佩孚是个戎马书生，不值一提。西北军身强胆壮，只凭那靴尖就足以踢倒曹、吴，不料第一战就遭挫败，前驱溃退。气得小徐眼冒金星，投袂奋起，将高碑店战事交段芝贵主持，亲自到杨村一带指挥三路大军，进攻曹锳。随后又电致鄂、豫、鲁等省，密令同党起事，响应京城。
湖南督军吴光新是段氏嫡派，继张敬尧后任，兼充长江上游总司令。因岳州、长沙被南军占据，无隙可乘，不得已寓居湖北。张敬尧被查办后，始终不肯到京，仍在湖北逗留。徐树铮密电湖北，吴光新接到来电，便与张敬尧会商，想夺取湖北，助攻直军。而且吴光新的旧部赵云龙驻守河南信阳县，可命赵云龙趁机发难，攻夺河南。当下吴光新发一密电嘱告赵云龙，约期举事。湖北都督王占元与曹锟、吴佩孚本是一气，当然暗中防着吴光新，时常派人侦查，以防吴兵变。直皖战事拉开后，侦察更加严密，吴光新的所有举动，都被王占元察知。于是，王占元借请宴为名，邀吴过府叙谈。吴光新并不知秘密已经泄露，为了不使王占元生疑，自然硬着头皮前去应酬。主客把酒言欢，畅饮了一两个小时，双方都已有些醉意。突然，王占元问及京城一带战事，究竟谁曲谁直。吴光新不觉一惊，勉强对答数语，只说是时局危疑，不想讨论战事。王占元微微一笑道：“君也讨厌战事吗？如果厌战，请在敝署留宿数宵，免生事端。”说着起身出外，唤入数名武士，将吴光新押入一间暗室软禁起来。吴光新孤掌难鸣，只好由王处置。王占元拘住吴光新后，派出鄂军去收吴光新的部下。吴军暴乱，但不久便被鄂军击退，自是解散了事。张敬尧得到消息后，一溜烟逃出湖北，做了一条漏网鱼。
直、皖两军互相角逐，分为东西两路，西路是高碑店，东路是杨村。徐树铮率西北军，猛攻曹锳。曹锳仓促迎战，一时措手不及，西北军乘隙而入，枪似林攒，弹如雨注，曹锳只好号召兵士退出杨村。徐树铮占领了杨村，很是得意，偏偏高碑店战报传来，段芝贵再次战败，小徐转喜为忧。原来，段芝贵前次失败后收集余军，于七月十五日晚，又向高碑店进攻，想乘直军不备得一胜仗。直军却处处提防，小段见偷袭不成，便另生一计，密令部众四处散开，诱入直军。直军踊跃前来，杀入敌阵中。小段军阵先散后聚，又一齐合拢来，想把直军困在中间。直军有些情急，猛力突围，各自为战。小段见直军中计喜不自禁，当下申令军中，再接再厉，要把直军杀得片甲不留。谁知阵后忽然来了数百人，都执着新式快枪，连续击射，让人没有喘息的机会。为首的统兵大员，正是直军总司令吴佩孚。小段被他这么一扰，吓得方寸大乱，忙下令分兵御敌，偏偏手下将士不听命令，相率溃逃。直军前后夹攻，差点擒住小段。幸亏小段骑了一匹骏马，得以逃脱，退至三十里外才下马扎营。吃了这两次败仗，小段才知道吴佩孚计中有计，自此之后不敢再轻敌。
吴佩孚得胜收军，休整了一天。第二天夜间，吴佩孚命第三混成旅旅长萧耀南与第三补充旅旅长龚汉冶，合力向涿州进攻，又令补充旅旅长彭寿莘做后应。边防军第一师师长曲同丰驻守涿州城中，与萧耀南一经接触，两军便打得不可开交。边防军连吃了几次败仗，未战先怯，勉强支撑了一个小时，看直军来势凶猛，便全部撤退。曲同丰带领残兵逃入涿州，直军便在涿州城外安营。这时又有奉军汇集的消息传来，曲军已丧失战斗能力，眼看着直军要杀进城，曲同丰只好派人求和。吴佩孚只接受投降，不接受求和。曲同丰保命要紧，也顾不上面子，只好依吴佩孚所言，与二十九旅旅长张国溶、三十旅旅长齐宝善，带同残军二千余人，向直军缴械投降。直军占领涿州。边防军第三师师长陈文运得知曲军投降，竟弃师逃走，手下士兵大都弃械逃生，各走各的路。段芝贵也逃入北京城，西路军全军溃败。
徐树铮得到败报正在忧患，蓦然听到营外枪声大震，原来是曹锳领军杀来。曹锳奋勇杀来，无非因西路大捷，鼓动士气，前来夺回杨村。而小徐部下正因西路覆没，垂头丧气，哪里还有心思接战？顿时四溃逃散。小徐郁愤满腔，想要拼死一争，无奈兵心已散，无可挽回，只好一溜烟逃入京城，躲进六国饭店中。
段祺瑞连续接到败耗，又愤怒又惭愧，当即取过手枪想要自杀。左右及时夺去，并劝他入京，求总统下停战令。段祺瑞只好进京，上书老徐，引咎自劾。徐总统冷笑道：“早知今日，何必当初？”于是令靳云鹏、张怀芝等前去拜见曹锟、吴佩孚，商议停战，又颁下通令，命“各路将领停止进攻，听候命令”。
段祺瑞四路大军一齐战败，鲁、豫各省的段派军官也相继瓦解。山东德州方面本被边防军统领马良攻入，守将商德全退走。后来，商德全得到奉军支援，又击败边防军夺回德州。信阳戍将赵云龙率领部下与河南旅长李奎元激战，被打败逐出境。察哈尔都统王廷桢响应曹锟、吴佩孚，入驻康庄，在居庸关附近与边防军、西北军接触，边防军、西北军全部败降，解除武装。段祺瑞自我解嘲，请求徐总统将督办边防事务、管理将军府事宜及陆军上将官全部罢免，并将奖授的勋位、勋章一律撤销，“定国军”的称谓也立即解除。
尽管段祺瑞返躬自责，情愿去官，但依然难以平息众怒。江苏督军李纯发一通电，有“歼厥渠魁，指日可待，从此魑魅敛迹，日月重光。”等语。南北海军将校林葆怿、蓝建枢、蒋拯、杜锡珪也通电声讨安福派，历数罪状，并称“南北实力提携，共济艰难”。最激烈的仍然是吴佩孚，趁着全军大胜的机会与奉军同到京师，驻扎南苑、北苑，请徐总统诛戮罪魁。靳云鹏与张怀芝到吴军军营与吴佩孚筹商，转述中央四大条件：一、惩办徐树铮；二、解散边防军；三、解散安福部；四、解散新国会。对于中央提出的这四条，吴佩孚仍不满意，经靳、张二人苦口调解，吴才答复说：“应转达曹经略，佩孚不便做主。”靳、张于是与曹锟商议。曹锟虽然同意停战，但对中央的四条件也不满意。靳、张虽各具三寸舌根，始终未能说服曹、吴，只得回京复命。徐总统得知后，暗想此事非得张作霖出面才能排解，随即电召张作霖做调解人。随后又派王怀庆接管京城一带的军队，并兼任督办。王怀庆奉令办理，所有边防军与西北军或编入队伍，或给资遣散，京城一带大致安定下来。
既而张作霖出面调停，与曹锟、吴佩孚商定条件：一、解散安福部；二、惩办罪魁十四人；三、取消边防军与西北军及其他属于该两军的所有机关；四、京城一带保卫归直、奉军驻扎，京城以内由京城卫戍总司令担负全责；五、撤销安福派包办的和议机关，驱逐王揖唐，另与西南直接办理和议；六、解散新旧两国会，重新选举。这六项为主要条件，还有两项先决条件：一、政府速将三年以来所借外债及用途公布全国；二、罢免京师警察厅总监吴炳湘。议定以后，由张作霖转呈徐总统。徐总统却仍想稍示通融，顾全段氏面子，因此让靳云鹏、张怀芝二人电复张作霖，托他再为周旋。张作霖又与曹、吴磋商，大致仍照前议，只是稍改细目罢了。于是，由中央下令，除为曹、吴洗刷罪名外，将段派的高层人物一律免职，徐树铮、曾毓隽、段芝贵等十人分别褫夺官职、勋位及勋章，并由步兵统领、京师警察厅严拿。免职不过是去官而已，于身家性命没什么大碍，但严缉祸魁一令，却要动用刑律和体罚，这是小徐等人特别畏忌的，不得不设法趋避。更何况直、奉各军满布京城，一旦被缉获，怎么可能幸存呢？于是，小徐等人全部避匿在中国政府无法过问的东交民巷。六国饭店也在东交民巷，所以小徐、小段就在该饭店藏身。徐总统下此命令，主动力在曹、吴。徐总统虽然阴忌段派，但段祺瑞下台、段派失势已算是如愿以偿了，不想再咄咄逼人，所以缉拿查办，无非虚扬威名。
徐树铮等人避匿使馆界内，军警不能直接前去捉拿，只得请人疏通各国公使将他们驱逐出去。各国公使团开会商议，英、美、法三国公使暗中帮助曹锟、吴佩孚，在会场中发表政见说：“此次徐树铮诸人扰乱京城，贻害中外人民，不应照国事犯例保护。”但日本和意大利两国公使有异议。于是东交民巷中只有英、美、法三国公使的通告，本国侨民不准容留中国男子，如有容留，限令即日迁出。徐树铮等人瞧着告示，禁不住慌张起来，暗想六国饭店是各国公共寓所，势难久居，还好日、意两国无此禁令，留有一条活路可以投奔。当下徐树铮、段芝贵、曾毓隽等人决定向日、意两公使馆请求保护，后来又一想，与日本的感情比意大利更深厚，不如去恳求日使，更为妥当。几人于是前往日使馆中，拜会日使。徐树铮当面哀求，仗着三寸不烂长舌，说得日使怦然心动，大发慈悲，同意保护他们。当下，徐树铮等九人居留在护卫队营内，安心避难。好在九人各有私财，早就储存在日本银行里，所以尽管落难，依然衣食丰足。