急起直追的张福来，展开一团混战之时，孙岳的一支兵自北边马鞍山打一个冲锋，恰好在决定时刻来到，奉军再多，三面迎敌，孙部来又大出他们意外，这一仗直军可以稳操胜券，大有斩获，不怕奉军不败，不溃。
“前两天我们奇袭过三家店，”吴佩孚最后告诉孙岳，“打那仗的弟兄对于直赴马鞍山的路径很熟，禹行（孙岳的号）你三小时后出发，半路上，自会有人接应，当你们的向导。”
当孙岳敬礼退下，自去准备长程急行军。吴佩孚则挑选了一个营，授以密计，命他们即刻出发。
这一营人乘着月色朦胧，埋头疾走，将抵长辛店右侧，突然大声鼓噪，伏地射击，奉军起初慌乱了一阵，及后听听枪声不密，晓得来攻之敌，人数不多，于是派出大队，一度枪战过后，很容易地将这一营人团团围住。
直军深入腹地，陷身重围，当下便放下枪支，高喊缴械投降。奉军又立“奇功”，不由大喜，但当他们一拥而上，收枪押解俘虏，他们愫然不知，这一营人投降的只不过半数而已，另一半人，都依照吴佩孚授予的锦囊妙计，自动矮了一截，躲进黯黝黝的麦田里头。
当迎击奉军欢天喜地，押解半营俘虏回去，另半营直军便在麦田里蠕蠕而动，他们绕过了长辛店，又去埋伏在卢沟桥前。
直军总攻击开始，奉军突然听见，四面八方都是枪炮与喊杀，摸不透敌方的主攻击部队何在？吴佩孚使张福来师全部向长辛店正面猛扑，又派一个混成旅，占领长辛店西的凤凰山，然后将队伍展开，向奉军两翼迂回攻击其背部，再以精兵数千，由吴佩孚亲自带领，趁奉军四面迎敌，穿越火线绕到卢沟桥头。
长辛店的奉军虽然主帅早已吓跑，又处于四面围攻之险境，但是他们得到总司令张作霖的电话指示，大队援军，即将由榆垡、庞各庄这一条空隙赶来。张作霖叫他们死守长辛店，否则据点一失，将会出现四面楚歌，无路可走。奉军听张总司令这么说了，只好咬紧牙关，死守不退，他们期待援军望眼欲穿，殊不知中路奉军既败，当张作霖好不容易调集守永清、落垡的奉军孤注一掷，赴援长辛店，这一彪军方抵榆垡，便遭到吴佩孚预先部署的重兵迎头痛击，奉军意外受阻，只好又退回去。
四日清晨，长辛店和卢沟桥两大据点，同时遭受直军包围，弹尽援绝，束手待毙。这时候，总司令部不再有消息，却是逃到丰台的张景惠，在直军孙岳两日一夜赶到了马鞍山，奇兵突出，吓得奉军东逃西窜时，急忙下令，两处守军准予突围撤退，而在丰台集中。
双重包围之中紧急撤退，奉军斗志全失，至为狼狈，他们因为到处是敌，不敢轻离铁道线，不分官兵，见着火车便死命挤上去。奉军麇集京汉铁路线上，正好给直军围而歼之，于是，裹伤力战的第十六师师长邹芬投降于门头沟，张景惠的参谋长周子新，旅长田献草阵亡，旅长鲍德山受伤，中级军官伤亡近200，兵见杀1000余名，脱下奉军军装四下溃散的多达两师之众，军粮器械，被直军虏获70余辆列车，益有重炮数十门，机关枪30余挺。至此，奉军精华损失殆尽。
拼命突围终于抵达丰台的奉军，九死一生，偏又找不到张景惠，或者任何奉军单位，车站上只有一个火车头和八列货车，在那儿升火待发。两年来横行京津，不可一世的奉军将士，此刻一个个服装不整，神色恓惶，累累然如丧家之犬，他们还在车站上等待援军或高级军官，俄顷西方角落里枪声大作，一万多精神抖擞，高擎红旗的直军蜂拥而来，月台上的奉军睹状大骇，争先恐后地挤上车去，相互踹踏致死和掉下铁轨被辗的尸首留下五六七十具，幸运挤上车的就匆匆开车逃走，直驶天津。有一队伤兵没来得及赶上，他们纵火破坏了一列满载子弹的车厢，乒乒乓乓，子弹爆发连珠般响，像是在为直军之来放炮仗。
五月四日下午两点钟，吴佩孚抵达丰台，他的第一道命令是派人到北京城里搜购十万只面包，以供降卒伙食。也就在同此一天，在保定欣闻长辛店已克的吴夫人张佩兰，她命副官在保定市上购得罐头牛肉五千。听装饼干一万，乘专车直抵长辛店，亲自犒赏将士，一时欢声如雷，直军将士和降军都在赞颂玉帅和夫人，情绪之热烈几乎忘却大战方过，人人都是锋镝余生。
到了下午六点钟，北京城外，西南一带，已经看不见一个武装奉军，京汉路车站上，煌然贴出直军的安民告示，说明开战经过，列举奉张罪状，并且请老百姓们各安生业，不再惊惶。
这一天在中路永清前线，直军趁吴佩孚亲自督战的胜利余威，将一座永清城三面包围，自上午八时总攻击令下达，白热化的攻城战持续了9个小时之久，一直到下午五点钟，城内的奉军伤亡太重，吃不消了，方始开城逃走。
奉军逃，直军追，追过了安次，追过了杨村，便在杨村南边撞上了西路溃逃的奉军大队，由于人潮汹涌，不知兵马多少，直军起先还呆了一呆，可是这时溃逃的奉军早已无心恋战，他们有的徒手，有的背着枪跑，直军旅长张锡元立刻就判断这些奉军无意迎拒，他毅然决然，下令