烈炮火及飞机轰炸直军阵地，直军伤亡惨重，但进攻始终未能得手。直至奉军从直军侧后，攻占九门口，才打破一缺口。吴佩孚为挽回颓势，将第3师等主力投入战斗，但也未能击退奉军，战斗异常激烈，双方战死1万多人。
正当直奉两军决战未分胜负之时，10月19日晚，冯玉祥率其第3军日夜兼程回师北京，截断京奉、京汉铁路，发动北京政变，囚禁总统曹锟，迫其下令免去吴佩孚职务，逐清帝出紫禁城，并电邀孙中山北上共商国是，同时请段祺瑞复出维持局面，将部队改编为国民军。这一突然事变，使直军腹背受敌，迅速崩溃。
10月26日，吴佩孚率6、7千人回救北京。此时张宗昌、李景林部直趋滦州，并向天津疾进，山海关的奉军全面出击，将大部直军包围在山海关至秦皇岛之间，几乎全部被俘。吴佩孚自山海关到达天津，仍想在杨村一带集结兵力，准备再战。但为时晚矣，在国民军和奉军的逼迫之下，匆匆从大沽口乘船南逃。从此，以北洋劲旅第3师为基础发展起来的曹吴直系军事集团走向衰落。第二次直奉战争后，北京政府又被奉系军阀和冯玉祥的国民军联合控制。
奉、直与国民军之间的混战
第二次直奉战争后，国民军作为一支重要军事力量在北方崛起，其首领冯玉祥（1882-1948年），安徽巢县人。16岁入伍，清末转入褒世凯的武卫右军，历任队官，管带等职。辛亥革命爆发，冯在其所在的20镇密谋举兵响应革命，但失败。
民国成立后，冯经陆建章力荐任左路补备军第2营营长，后因镇压白狼起义有功，冯升任第16混成旅旅长，冯即以此为起家资本，直皖战争时，扩编为1个师，第一次直奉战争时，又扩编为1个师零3个混成旅。北京政变后，建立了庞大的国民军军事集团，其中包括冯玉祥的国民1军，有6个师零8个旅，胡景翼的国民2军和孙岳的国民3军。其控制的地盘有北京、河北、河南、察哈尔、绥远、陕西、甘肃等地。但冯的进步倾向也为北洋各实力派所忌。奉军在战后势力急剧膨胀，势力一度达到上海、江苏、安徽、河北、山东的督军也都由奉系军阀充任。在长江流域则仍然是直系的势力范围。当时在浙江另树一帜的是直系军阀孙传芳。
民国十四年（1925年）10月，孙自任浙、阅、皖、赣、苏五省联军总司令，分兵进攻奉系军阀。奉军为缩短战线保存实力，将部队从上海、南京一带撤至徐州，从此东南五省成为孙的势力范围。接着又发生郭松龄的反奉战争。
郭原为奉军主要将领，曾留学日本，受过革命影响，对张作霖不满，因而与冯玉祥密约倒张。民国十四年Il月23日，率4个军，从滦州回师东北，兵至巨流河、辽沈震动，后因日本帝国主义出兵干涉，郭兵败被杀。民国十五年（1926年）初，直奉为对付冯玉祥的国民军，又联合起来。张作霖的奉军向山海关进攻，原属奉系的直鲁联军从山东向河北进攻，直系则从湖北向河南进攻。阎锡山也向山西的国民军进攻。帝国主义的炮舰也在大沽口向国民军炮击，威逼国民军后撤，国民军在各系军阀的联合进攻下，在南口苦守了5个月之久，最终被迫放弃华北，退至绥远河套地区，********又落人奉直军阀手中。