徐樹錚帶領衛隊直入京師，到將軍府強迫各官員聯銜進呈，請政府立即削奪曹錕、曹鍈、吳佩孚的官職，並要求下令拿辦。曹鍈為曹錕的七弟，曾任近畿旅長，所以小徐也將他列入名單。呈文推段祺瑞領銜，呈入總統府，大有咄咄逼人的氣勢。徐世昌總統沒有批準，小徐竟率衛隊圍住總統府，硬要老徐懲辦曹、吳，否則不認老徐為總統。徐總統無奈，隻好按小徐的要求下一指令，撤去吳佩孚第三師師長署職，交陸軍部依法懲辦，曹錕革職留任。
曹錕、吳佩孚二人怎麽肯俯首聽令？當下由曹錕出麵，聯同東三省巡閱使張作霖，長江三督軍李純、王占元、陳光遠發一通電，曆數段祺瑞及徐樹錚的罪狀，頓時全國鼎沸。再加上張作霖回到奉天後，立即派遣重兵入山海關，並發了一篇宣言書：“現聞京城重地將為戰場，若根本動搖，國何以立足？並且京奉鐵路關係條約，若有疏虞，定生枝節。現派兵入關，扶危定亂。如有與我一致，願即引為同胞，否則視為公敵。”不過，張元帥在這篇宣言中並未指明討段，其實是為了給自己留一餘地。
曹錕得到奉軍入關的消息，料知奉軍是來援應的，於是放膽出師，親赴天津。隨後曹錕當場行誓眾禮，委派吳佩孚為總司令，號各軍為討賊軍，在天津設大本營，高碑店設司令部，一意與段軍抗爭。段軍分四路進攻，第一路統領劉詢，第二路統領曲同豐，第三路統領陳文運，第四路統領魏宗瀚。四路大軍均歸總司令段芝貴調度，總參謀則是徐樹錚。七月十四日，兩軍相距不過數裏，眼見短兵相接，一觸即發。就在這時，總統府發一通令，命各路軍隊一律退駐原防，戮力同心，共維大局。
軍閥相爭，勢不兩立，還管什麽大總統命令？當天，兩軍便在琉璃河附近開戰。邊防軍第一師第一團馬隊與第十三師第一營步軍，進逼直軍第十二團第二營，氣勢洶洶，銳不可當。直軍也不退讓，全力抗擊。就在雙方攻擊的時候，忽然見直軍步步後撤，退了下去。邊防軍越戰越猛，趁勢追逼。邊防軍總司令段芝貴邀功心切，下令軍中合力進擊。哪知直軍退到第一防線後全部避入深壕，伏住不動，所有邊防軍射來的子彈都從壕上飛過，沒有擊中一人。猛聽得一聲怪響，便有無數子彈飛向邊防軍，煙塵抖亂，血肉橫飛。邊防軍支撐不住，立即轉身往回跑。直軍變退為攻，從壕溝中一躍而出，回擊邊防軍。邊防軍四處逃竄，段芝貴顧命要緊，早已逃得無影無蹤。西北軍第二混成旅及邊防第三師步兵第二團，從張莊、蔡村、皇後店三路分攻楊村的直軍防線，全被直軍打敗。楊村由曹鍈駐守，與吳佩孚同日得勝。直軍一日兩捷，段芝貴懊恨不已，向段祺瑞報告，隻說被直軍襲擊，受了點小挫。段祺瑞想鼓勵戎行，特令秘書員草就檄文，布告中外，稱“曹錕、吳佩孚等人目無政府，兵脅元首，圍困京城，別有陰謀”，將開戰責任全部推到曹、吳二人身上。同一天，曹錕也通電各省，說戰事全由邊防軍挑起。
兵戈不足，濟以筆舌，雙方各執一詞，互爭曲直。然而戰事一旦拉開，就很難收拾，最激烈的是徐樹錚，他認為敵寡我眾，敵弱我強，根本不把曹三放在眼裏，更認為吳佩孚是個戎馬書生，不值一提。西北軍身強膽壯，隻憑那靴尖就足以踢倒曹、吳，不料第一戰就遭挫敗，前驅潰退。氣得小徐眼冒金星，投袂奮起，將高碑店戰事交段芝貴主持，親自到楊村一帶指揮三路大軍，進攻曹鍈。隨後又電致鄂、豫、魯等省，密令同黨起事，響應京城。
湖南督軍吳光新是段氏嫡派，繼張敬堯後任，兼充長江上遊總司令。因嶽州、長沙被南軍占據，無隙可乘，不得已寓居湖北。張敬堯被查辦後，始終不肯到京，仍在湖北逗留。徐樹錚密電湖北，吳光新接到來電，便與張敬堯會商，想奪取湖北，助攻直軍。而且吳光新的舊部趙雲龍駐守河南信陽縣，可命趙雲龍趁機發難，攻奪河南。當下吳光新發一密電囑告趙雲龍，約期舉事。湖北都督王占元與曹錕、吳佩孚本是一氣，當然暗中防著吳光新，時常派人偵查，以防吳兵變。直皖戰事拉開後，偵察更加嚴密，吳光新的所有舉動，都被王占元察知。於是，王占元借請宴為名，邀吳過府敘談。吳光新並不知秘密已經泄露，為了不使王占元生疑，自然硬著頭皮前去應酬。主客把酒言歡，暢飲了一兩個小時，雙方都已有些醉意。突然，王占元問及京城一帶戰事，究竟誰曲誰直。吳光新不覺一驚，勉強對答數語，隻說是時局危疑，不想討論戰事。王占元微微一笑道：“君也討厭戰事嗎？如果厭戰，請在敝署留宿數宵，免生事端。”說著起身出外，喚入數名武士，將吳光新押入一間暗室軟禁起來。吳光新孤掌難鳴，隻好由王處置。王占元拘住吳光新後，派出鄂軍去收吳光新的部下。吳軍暴亂，但不久便被鄂軍擊退，自是解散了事。張敬堯得到消息後，一溜煙逃出湖北，做了一條漏網魚。
直、皖兩軍互相角逐，分為東西兩路，西路是高碑店，東路是楊村。徐樹錚率西北軍，猛攻曹鍈。曹鍈倉促迎戰，一時措手不及，西北軍乘隙而入，槍似林攢，彈如雨注，曹鍈隻好號召兵士退出楊村。徐樹錚占領了楊村，很是得意，偏偏高碑店戰報傳來，段芝貴再次戰敗，小徐轉喜為憂。原來，段芝貴前次失敗後收集餘軍，於七月十五日晚，又向高碑店進攻，想乘直軍不備得一勝仗。直軍卻處處提防，小段見偷襲不成，便另生一計，密令部眾四處散開，誘入直軍。直軍踴躍前來，殺入敵陣中。小段軍陣先散後聚，又一齊合攏來，想把直軍困在中間。直軍有些情急，猛力突圍，各自為戰。小段見直軍中計喜不自禁，當下申令軍中，再接再厲，要把直軍殺得片甲不留。誰知陣後忽然來了數百人，都執著新式快槍，連續擊射，讓人沒有喘息的機會。為首的統兵大員，正是直軍總司令吳佩孚。小段被他這麽一擾，嚇得方寸大亂，忙下令分兵禦敵，偏偏手下將士不聽命令，相率潰逃。直軍前後夾攻，差點擒住小段。幸虧小段騎了一匹駿馬，得以逃脫，退至三十裏外才下馬紮營。吃了這兩次敗仗，小段才知道吳佩孚計中有計，自此之後不敢再輕敵。
吳佩孚得勝收軍，休整了一天。第二天夜間，吳佩孚命第三混成旅旅長蕭耀南與第三補充旅旅長龔漢冶，合力向涿州進攻，又令補充旅旅長彭壽莘做後應。邊防軍第一師師長曲同豐駐守涿州城中，與蕭耀南一經接觸，兩軍便打得不可開交。邊防軍連吃了幾次敗仗，未戰先怯，勉強支撐了一個小時，看直軍來勢凶猛，便全部撤退。曲同豐帶領殘兵逃入涿州，直軍便在涿州城外安營。這時又有奉軍匯集的消息傳來，曲軍已喪失戰鬥能力，眼看著直軍要殺進城，曲同豐隻好派人求和。吳佩孚隻接受投降，不接受求和。曲同豐保命要緊，也顧不上麵子，隻好依吳佩孚所言，與二十九旅旅長張國溶、三十旅旅長齊寶善，帶同殘軍二千餘人，向直軍繳械投降。直軍占領涿州。邊防軍第三師師長陳文運得知曲軍投降，竟棄師逃走，手下士兵大都棄械逃生，各走各的路。段芝貴也逃入北京城，西路軍全軍潰敗。
徐樹錚得到敗報正在憂患，驀然聽到營外槍聲大震，原來是曹鍈領軍殺來。曹鍈奮勇殺來，無非因西路大捷，鼓動士氣，前來奪回楊村。而小徐部下正因西路覆沒，垂頭喪氣，哪裏還有心思接戰？頓時四潰逃散。小徐鬱憤滿腔，想要拚死一爭，無奈兵心已散，無可挽回，隻好一溜煙逃入京城，躲進六國飯店中。
段祺瑞連續接到敗耗，又憤怒又慚愧，當即取過手槍想要自殺。左右及時奪去，並勸他入京，求總統下停戰令。段祺瑞隻好進京，上書老徐，引咎自劾。徐總統冷笑道：“早知今日，何必當初？”於是令靳雲鵬、張懷芝等前去拜見曹錕、吳佩孚，商議停戰，又頒下通令，命“各路將領停止進攻，聽候命令”。
段祺瑞四路大軍一齊戰敗，魯、豫各省的段派軍官也相繼瓦解。山東德州方麵本被邊防軍統領馬良攻入，守將商德全退走。後來，商德全得到奉軍支援，又擊敗邊防軍奪回德州。信陽戍將趙雲龍率領部下與河南旅長李奎元激戰，被打敗逐出境。察哈爾都統王廷楨響應曹錕、吳佩孚，入駐康莊，在居庸關附近與邊防軍、西北軍接觸，邊防軍、西北軍全部敗降，解除武裝。段祺瑞自我解嘲，請求徐總統將督辦邊防事務、管理將軍府事宜及陸軍上將官全部罷免，並將獎授的勳位、勳章一律撤銷，“定國軍”的稱謂也立即解除。
盡管段祺瑞返躬自責，情願去官，但依然難以平息眾怒。江蘇督軍李純發一通電，有“殲厥渠魁，指日可待，從此魑魅斂跡，日月重光。”等語。南北海軍將校林葆懌、藍建樞、蔣拯、杜錫珪也通電聲討安福派，曆數罪狀，並稱“南北實力提攜，共濟艱難”。最激烈的仍然是吳佩孚，趁著全軍大勝的機會與奉軍同到京師，駐紮南苑、北苑，請徐總統誅戮罪魁。靳雲鵬與張懷芝到吳軍軍營與吳佩孚籌商，轉述中央四大條件：一、懲辦徐樹錚；二、解散邊防軍；三、解散安福部；四、解散新國會。對於中央提出的這四條，吳佩孚仍不滿意，經靳、張二人苦口調解，吳才答複說：“應轉達曹經略，佩孚不便做主。”靳、張於是與曹錕商議。曹錕雖然同意停戰，但對中央的四條件也不滿意。靳、張雖各具三寸舌根，始終未能說服曹、吳，隻得回京複命。徐總統得知後，暗想此事非得張作霖出麵才能排解，隨即電召張作霖做調解人。隨後又派王懷慶接管京城一帶的軍隊，並兼任督辦。王懷慶奉令辦理，所有邊防軍與西北軍或編入隊伍，或給資遣散，京城一帶大致安定下來。
既而張作霖出麵調停，與曹錕、吳佩孚商定條件：一、解散安福部；二、懲辦罪魁十四人；三、取消邊防軍與西北軍及其他屬於該兩軍的所有機關；四、京城一帶保衛歸直、奉軍駐紮，京城以內由京城衛戍總司令擔負全責；五、撤銷安福派包辦的和議機關，驅逐王揖唐，另與西南直接辦理和議；六、解散新舊兩國會，重新選舉。這六項為主要條件，還有兩項先決條件：一、政府速將三年以來所借外債及用途公布全國；二、罷免京師警察廳總監吳炳湘。議定以後，由張作霖轉呈徐總統。徐總統卻仍想稍示通融，顧全段氏麵子，因此讓靳雲鵬、張懷芝二人電複張作霖，托他再為周旋。張作霖又與曹、吳磋商，大致仍照前議，隻是稍改細目罷了。於是，由中央下令，除為曹、吳洗刷罪名外，將段派的高層人物一律免職，徐樹錚、曾毓雋、段芝貴等十人分別褫奪官職、勳位及勳章，並由步兵統領、京師警察廳嚴拿。免職不過是去官而已，於身家性命沒什麽大礙，但嚴緝禍魁一令，卻要動用刑律和體罰，這是小徐等人特別畏忌的，不得不設法趨避。更何況直、奉各軍滿布京城，一旦被緝獲，怎麽可能幸存呢？於是，小徐等人全部避匿在中國政府無法過問的東交民巷。六國飯店也在東交民巷，所以小徐、小段就在該飯店藏身。徐總統下此命令，主動力在曹、吳。徐總統雖然陰忌段派，但段祺瑞下台、段派失勢已算是如願以償了，不想再咄咄逼人，所以緝拿查辦，無非虛揚威名。
徐樹錚等人避匿使館界內，軍警不能直接前去捉拿，隻得請人疏通各國公使將他們驅逐出去。各國公使團開會商議，英、美、法三國公使暗中幫助曹錕、吳佩孚，在會場中發表政見說：“此次徐樹錚諸人擾亂京城，貽害中外人民，不應照國事犯例保護。”但日本和意大利兩國公使有異議。於是東交民巷中隻有英、美、法三國公使的通告，本國僑民不準容留中國男子，如有容留，限令即日遷出。徐樹錚等人瞧著告示，禁不住慌張起來，暗想六國飯店是各國公共寓所，勢難久居，還好日、意兩國無此禁令，留有一條活路可以投奔。當下徐樹錚、段芝貴、曾毓雋等人決定向日、意兩公使館請求保護，後來又一想，與日本的感情比意大利更深厚，不如去懇求日使，更為妥當。幾人於是前往日使館中，拜會日使。徐樹錚當麵哀求，仗著三寸不爛長舌，說得日使怦然心動，大發慈悲，同意保護他們。當下，徐樹錚等九人居留在護衛隊營內，安心避難。好在九人各有私財，早就儲存在日本銀行裏，所以盡管落難，依然衣食豐足。