4月12日夜，吴佩孚连接驻开平的蓟榆镇守使殷本浩急电多通，报告奉军兵车络绎不断进关；13日晚复接天津镇守使赵玉珂电报。报告奉军进关情形，并称其部队已转向津浦路马厂静海一带。吴当即分电各地直系将领，准备待命，并令驻马厂的第二十六师师长曹瑛先拆毁津浦铁路，阻止奉军前进，必要时可给奉军迎头痛击。吴素知一向被人称作“茶壶队”的第二十六师是难以用来作战的，就不经曹锟的同意，急调驻武胜关的第十四混成旅彭寿莘部北上，开往任邱、大城待命。不料这时第二十六师师长曹瑛早已闻风躲避，曹锟因不愿与奉军冲突，已下令叫该师后撤。吴非常愤怒，认为这是曹锐的主意，故意让开奉军以压迫鲁豫等省，当即电责第二十六师，严令不得再退，并与王承斌、萧耀南等连续电商办法。他俩回电都主张必要时只有一战。吴阅电后，沉默了一会，即直接电令驻在保定的第十二混成旅旅长王用中、第十五混成旅旅长孙岳等，注意防止驻于北京四郊的奉军突然沿京汉铁路南下，威胁保定。吴佩孚安排完毕后，就命张福来作为自己的全权代表赴保定开紧急会议。这时驻于长辛店的直军宪兵一排被奉军缴械，更激发了直军仇奉的心理。在会上，直军将领一致表示愤慨，连素来主张和平的王承斌也责备说：“我是奉天人，譬如女子，奉天是娘家，直隶是夫族，念既嫁从夫之意，尚不敢偏袒母族。大帅戎马多年，战无不胜，中外知名，我们效命疆场，向不惧死。何以健亭(曹锐字)等竟不顾大体，随便与奉张拉拢，今竟引贼入院，有人又临阵擅离职守，不战而退，岂非贻笑千古。”人家听完王承斌的一席话，纷纷附议，发言责备曹氏兄弟软弱，要求与奉军一战。曹锟只好说：“健亭等无能，我已严加责备，今天事已至此，一切要靠你们大家了。指挥全权交子玉调度，你们都要好好地听他指挥。”张福来见曹锟已决定对奉作战了，就取出吴佩孚事前拟好的计划说：“副使早已订好计划，今天大帅既已决定打张胡子了，那就按照副使的计划宣布命令吧。”曹说：“好，你们研究好了就行了。”于是张福来就取出计划和军令草案，交曹核阅。曹阅后，当即宣布王承斌赴霸县，担任中路司令，彭寿莘赴大城，担任东路司令，孙岳赴琉璃河，担任西路司令。因曹瑛已离开军队，二十六师无人统率，就派保定军官教育团团长张国溶前往代理。这样，第一次直奉战争就揭开了序幕。
曹锟见大战将起，吴佩孚仍待在洛阳不动，就打电报给他，要吴马上到保定，商议对奉军作战事宜。吴佩孚奉令后于18日夜间起程赴保，第三师兵车也随后北上。吴到保定时，曹知道他心里有些不愉快，就显得特别和善亲近。在吴向他报告和请示机宜时，他说：“我们对于奉天一让再让，国人皆知，同仇敌忾，羞兵致胜，一下就可把张雨亭打垮，不过地方老百姓又要遭点难了。”吴说：“张雨亭以兵威胁大帅，只是因为不满意于我。道路传言，都说免佩孚职就可言归于好，大帅也一定有所闻了；况且儿女姻亲是不能打仗的。不然，以后难免要落埋怨。”曹说：“亲戚猜疑是免不了的，我始而以为互相谦让，就可以过去了。他现在竟派大批的军队进关来，这不是我要打他，是他要打我。亲戚虽然是亲戚，可是不如你我亲，他要免你的职，那就是要我下台。事情到了现在，你什么也不用说了，我都明白，一切交给你，就赶快准备打仗吧。”这时第三师兵车已到石家庄，吴即电令急速前进。接着曹又在光园召开了一次会议，研究战争部署的问题，曹在会上说了些鼓励大家的话后，就宣布任吴佩孚为总指挥，王承斌为副总指挥(后来又加上冯玉祥)，负责对奉作战事宜。粮草供应，则交由湖北督军萧耀南办理。吴奉命后，感到现驻直隶境内的队伍不够用，即调河南第三旅赵灿林部北上，并调第十一师二十一旅李鸣钟部出陕助战。
这时奉军战斗序列早已组成，作战态势业已摆开。他们共分三路六个梯团。总司令张作霖自兼，副司令为孙烈臣，参谋长为杨宇霆。东路由张学良指挥第三旅、第四旅、第六旅和第八旅，已占据马厂、静海、当城、独流、杨芬港、良王庄，前哨已伸至子牙河岸；中路奉军由张作相指挥二十七师全师和二十八师一部及鲍德山旅，也已占据王庆坨、郎城、冰曹、后奕、水清县、牛头镇、信安等城镇，前军步哨已越过固安县城；西路奉军主力为奉天第一师、奉军第二旅及陆军第十六师和察哈尔骑兵旅。在卢沟桥、长辛店、窦店、大昌庄一带，由张景惠指挥，对保定构成包围形势。
战马穿梭，旌旗蔽日，半个直隶已陷入奉军掌握了，但奉系人物张景惠、秦华等，仍对外竭力宣扬和平空气，声言这种行动是对吴不对曹，希望懈怠直军的防备。
吴佩孚既奉明令为总指挥对奉作战，鉴于前此所订计划都是防御性质，实有再重新部署的必要。于是以彭寿莘为东路司令，指挥第十四混成旅及二十六师五十一旅和直隶第五旅商德全部，在子牙河岸白杨桥一带构筑阵地，准备向马厂、唐官屯、陈官屯、静海、小站一带进攻；以孙岳为西路司令，指挥第十五混成旅和直隶补充团牛起顺部及十二混成旅王用中部、第十三混成旅董政国部，在琉璃河南岸布置阵地。准备向窦店、良乡、大昌庄、长辛店一带进攻；以王承斌为中路司令，指挥第二十三师全师及第三师六旅杨清臣部，准备向霸县之苏家桥、信安镇、煎茶铺、固安县之牛头镇、永清县属冰窖村、大青垡一带进攻。鉴于德州设有兵工厂，只二十六师五十二旅驻防，力量单薄，即调山东第五师孙宗先旅进驻德州桑园，预防奉军进入山东，袭取德州；并命当时驻于长江的海军第二舰队司令杜锡珪，率舰开往秦皇岛，以威胁奉军的后路交通。
部署既定，吴到保定车站召集即将开往前线的官兵讲话，说：“这次战争是对安福派交通系两卖国集团和张胡子的战争。张胡子虽然军队人数多，但我们有万分战胜他的把握。你们必须好好听从命令，发挥极大的战斗力，每一行动都要想到直系健儿历来攻无不克、战无不胜的名誉。不要辜负大帅对我们的培育和他多年来忍辱负重的苦心。”吴讲话完毕以后，部队就按照命令，分赴前方去了。
4月23日午后，两军开始接触。西路直军左翼王用中部自良乡进攻奉军右翼前锋驻扎的大昌庄。奉军猝不及防，即向长辛店方面退却。夜间吴佩孚对东、中两路同时下了攻击令。29日午后奉军增援反攻，激战一夜，次日复鏖战于南岗洼，直军失利败退，损失甚重，被奉军追至良乡。吴佩孚闻报即饬严守窦店、坨里、葫芦垡之线，暂勿出击，等到援军到来再事反攻。他急调河南第三旅马灿林部增加于西线正面，调直隶补充团时全胜部增加于右翼。此时突接东线报告，说第二十六师在子牙河岸遭受奉军重兵攻击，正向后败退，中路第三师六旅十一团于胜芳至苏家桥，经村民欢迎进村，被奉军伏兵围攻，也受了不少损失。吴闻听怒急，当即电令东路司令彭寿莘在后方设立督战队，要死守姚马渡、白杨桥一带阵地；并命中路司令王承斌立即应援苏家桥于胜芳方面。电令发出后，吴立即带着参谋副官卫兵30余人，乘汽车赴霸县和大城前线，在白沟河分别对第三师六旅和二十三师作了一些指示后，即赴大城，召集了二十六师和十四混成旅的军官讲话，指示东路暂时不要再向奉军进攻，但必须坚守阵地，等待西路获胜时再行进攻；并对彭寿莘说：“你要准备好，时刻待命急进，等我在西路捷报一到，务必要以一天的工夫攻占静海直取良王庄，威胁张胡子在军粮城的大本营。”当天吴返回保定，经曹锟同意，即下令将东路作战不力的第二十六师五十一旅旅长刘景元撤换，由团长曹永祥升任；接着得到西路报告，因孙岳措施失当，南岗洼一带战况又是不利。
吴佩孚鉴于奉军不断增援，战事颇感棘手，坐立不安，一会翻开地图看看，一会来回走动。几个钟头后，他突然说：“准备车，我即到琉璃河。通令东、西、中三路、5月1日开始总攻。”当吴佩孚率领左右到达琉璃河时，得知奉军又增兵一旅摆在西坡。吴在前线巡视了一番。见正面地形不易攻击，就下令采取退势，调整阵地。奉军随即进至房山县。2日拂晓，直军炮队用榴霰弹猛烈地向奉军攻击，步兵则于两侧借着炮火的掩护进攻，并派第三师技术营等部队编成一队，由军田庄出发向长辛店东北高地潜进，以占领该地威胁丰台与长辛店的铁路交通。经过半天的战斗，奉军不支，退守长辛店、大灰场、黄土岗一带原来阵地。3日午，直军第十一师二十一旅奉调到达良乡县坨里，吴即到坨里指示机宜。当吴与李鸣钟旅长及营长以上军官见面时，除将敌我两方战地情况介绍给他们以外，当即口头命令该旅一团由原地出发越过坨里山，宿营于门头沟附近，次日拂晓由北向南进攻大灰场，一部迳袭长辛店车站，以占领站台南面的高地；另一团当夜宿于坨里，次日拂晓沿坨里山麓，由西向东夹击大灰场。吴返回良乡后又指示在前方部队，务于后半夜激战一番即行撤退，诱敌离开阵地，以使迂回部队抄袭得手。
当日直军各部分别按照吴的布置进行战斗，奉军不察，果中其计，在长辛店的奉军第十六师措手不及，无法应战，奔逃无路，大部分都被缴械，师长邹芬也被俘获。正在前线攻击佯退直军的张景惠部，没料到侧背受到袭击，后路被包抄，直军佯退的部队又集中火力向他猛攻。而应援西路的奉军骑兵许兰洲部兵车，被直军第三师技术营等部队牵制截击，无法前进。于是奉军西路战线大败，部队大部分被俘，少数士兵向安次、落垡、杨村方面败退。吴佩孚立即下令急速进行追击。这时北京步军统领王怀庆按吴授意紧闭城门，派队分别在城内外缴收奉军枪械。
与此同时，中路王承斌所指挥的部队也将固安县属牛头镇、马庄及永清县属后奕、李家口一带的奉车击溃，分兵两路向信安、胜芳、独流镇、王庆坨、杨柳青、韩柳墅追击；东路直军直取天津，进逼军粮城。在马厂一带的奉军进退失据，被解除武装。
俗语说，兵败如山倒。当西路直军沿铁路向东追击时本想在杨村、北仓、军粮城一带，扼住奉军全部后退的部队。迫使其缴械投降，不料张作相部晓行夜奔，待直军三路会师天津时，他已率队逃到宁河、玉田之间去了。因他撤退迅速，保存了张作霖的起家老本——陆军第二十七师。
吴佩孚因指挥作战多日，由杨村到达天津时感到十分疲乏，加以他要和各方面商讨促使徐世昌总统退位，拥护黎元洪复任总统的事，就将进兵滦东驱逐奉军的指挥全权交给王承斌。
吴佩孚对徐世昌一贯制造摩擦、利用矛盾，使各派系互相制约、均为我用的于法，早就感到厌恶，但顾及政治上的复杂，总不愿明白表示己见，所以他每遇有人向他谈到徐世昌的时候，总是说：“我不愿以一己之政见，妄论元首得失。”及直奉两系因拥护靳阁梁阁问题发生严重分歧后，徐世昌不但没有持平之策以安大局，反往来教唆，使双方互不相下。因靳云鹏与直系接近，徐乃想借奉方势力向直系示威，以压制靳云鹏。但在他听到奉张已与孙中山订有密约，邀粤军出师北伐，以攻直军之背，将来拟拥孙为大总统之说，又频向直系表示好感，希望奉弱直强，好有回旋余地。
早在1921年秋，直军援鄂战争胜利的时候，吴佩孚曾请张绍曾将军发出通电，呼吁举行庐山国是会议，以促进南北统一，虽然未能达到目的，但一些倾向直系希望和平的人士，多往返洛阳与吴结交。及得知奉张联络段派、新旧交通系和孙中山拟南北同时举兵围攻直系以后，他们就提出了只有先恢复旧约法，使黎元洪复任合法总统，维持北京政府的正统，才可以号召全国，实现和平。吴也认为这是一个比较好的办法。经西南各省同意，两广陈炯明、陆荣廷等赞成，乃决定促使徐世昌退位，约请黎元洪复职。在吴的幕府中为了这件事经常与各方面保持接触的则为高恩洪与孙丹林。酝酿既已成熟，在北方能与直军对抗的奉军又已溃败，张作霖也被明令免职，孙传芳等连续发出通电，主张恢复旧国会，请黎元洪复位，并于5月28日通电请南北两总统同时退位，以促进南北统一。这时徐世昌仍有意恋栈，观风待变，不肯痛快地宣布辞职。吴佩孚就叫因索饷久受徐(世昌)、梁(士诒)闲气的钱少卿，打电话给徐世昌，请他赶快离京。徐迫不得已，当日(6月2日)就将大总统印信交给国务院，匆匆乘车赴天津租界隐居去了。
徐世昌既已出走，曹、吴及各省督军省长就通电请黎元洪复职，并派高恩洪、熊秉琦赴津，劝黎早日就任。不料黎这时坚持要以首先废督裁兵为条件，并通电表示必先同意这一主张，否则决不复职。本来在酝酿拥黎复任总统的时候，黎对废督裁兵的意见是谈过的，当时大家部认为这不过是一种故作姿态的官样文章，不料他会通电提出，因这一纸空文，几乎弄成僵局。后经周树模、金永炎、汤芗铭、孙丹林、熊秉琦、王承斌等互相联系商议，黎才认可先任总统，而后再谈其他问题。为了尊重元首意旨，表示竭诚拥戴服从，曹吴不得不对这言之成文、行而不通的废督裁兵的高调通电表示赞成，并愿首先废督裁兵。继之各省也都表示赞同，黎才于6月11日进京就职。
张作霖曾在滦河以东设防，准备抵抗追击的直军，怎奈败阵之兵已不足言战，到王承斌督队进击到达滦县时，稍一接触，直军就攻占了昌黎、卢龙。这时溃退的奉军见直军集中兵力追击，后方铁路交通又受到秦皇岛方面的海军轰击，一部分出喜峰口退走，一部分则由贴近长城边缘的迁安、界岭口、石门寨等地向关外撤退。直军于6月初旬追击到九门口山海关，奉军又凭险抵抗，战斗又复开始，忽缓忽烈地打了十几天，双方均伤亡甚大。终因直军一部于义院口绕出长城攻击，奉军右侧受到压迫，不支退却。直军正面部队的前锋旋即攻到前卫、永安堡一带，控制了榆关一带的要隘。张作霖见大势已去，又恐后方万一有变，便托人请求英国公使及住在锦西与昌黎的英国传教士，代为转圜调处。6月中旬，孙烈臣、张学良和王承斌、杨清臣在秦皇岛谈妥合约，6月20日战争结束。
战后，直军检点共缴获奉军马步枪约8万支，各种大炮200余门，战马9000多匹。(张方严，时任鲁豫巡阅使署副官长)
