次日，吳佩孚致電劉玉春：“子玉已然脫險，賢弟身在險境，吾甚掛念。武昌能守則守，難守則速去。——武昌之重不及吾弟也！”玉春看罷，朝北跪哭道：“玉帥恩重如山，玉春萬死難報其一。望玉帥揮軍南下，拯民於水火。——玉春誓與武昌共全亡！”於是傳令各部，死守武昌。南軍將領鄧演達揚兵攻打城垣，俱為守軍擊退。其隨身翻譯紀德甫中彈陣亡，鄧演達所乘之馬死於流彈，其軍服亦穿十洞，所幸鄧演達絲毫無恙。其情可見戰事之烈。鄧演達見勢如此，遂留軍一部，以圍困武昌，餘皆轉攻江西。
然吳軍閉門拒守，日久生變：城內食竭，市民騷動；第3師師長吳俊卿乃吳佩孚本家兄弟，執意突圍。劉玉春不許。吳俊卿本不樂劉玉春統帥守軍，故對守城之事敷衍了事，險些被南軍突入城來。劉玉春大怒，欲懲處吳俊卿。陳嘉謨等苦勸方得免責。吳俊卿回到師部，憤憤不平。參謀官道：“玉帥在時，劉某就飛揚跋扈，狂悖自大，不把師座放在眼裏。如今他擁兵仗勢，關門稱王，無人製禦。”吳俊卿憤恨道：“如不看我族兄之臉，我早就學劉佐龍了。”參謀官笑道：“玉帥一走，武昌遂為劉玉春所有。若武昌僥幸得以保住，劉某豈會把武昌還給玉帥？馮玉祥乃玉帥之仇家，在綏遠五原起兵，夾擊我軍，已攻至陝西、河南。我軍首尾不顧，敗局已定，將軍宜早轉身，方為上策。”吳俊卿醒悟，即派參謀官與南軍接洽。
九月十日拂曉，吳俊卿各部大開保安門、中和門、賓陽門、通湘門，引南軍入城。南軍勢若洪水，瞬間湧入。吳軍措手不及，眾心沮散。南軍隨後掩殺，死者充塞街巷。劉玉春率軍死守督軍署、學兵營、省長公署等處，與南軍血戰盡日。吳軍孫建業、宋大霈、餘蔭森等部，因饑餓疲憊，無力抵抗，未經激戰，即行投降。劉玉春聞之，大罵道：“大難臨身，玉石皆碎，死則死耳！陣前失節，何如豬狗！”乃困獸猶鬥，與南軍苦戰。南軍勢不可當，逐街聚殲吳軍殘部。主將陳嘉謨、劉玉春計窮力竭，遂化裝潛逃，為南軍巡邏兵捕獲。
軍卒縛劉玉春而見鄧演達。劉玉春昂首視天，怒形於色。鄧演達笑道：“吳佩孚計窮力竭，倉倉皇皇，隻帶少許餘孽，遠遁信陽。今獲將軍，有何話說？”劉玉春傲然道：“若非吳大帥持疑不進，使你等匪軍得以殘喘，豈有今日之窘！吳大帥雖敗，然其性清儉，不治產業，倘有餘財，輒以分施。所治幾省之域，統領數十萬大軍，卻並無一錢私蓄，亦無一寸田產，清正廉潔，自古罕有。且看今日之軍閥，腰纏百萬者，比比皆是。我守武昌四十餘日，全為忠義，若非吳俊卿性褊而狡，貪生怕死，你等豈能得我武昌。”鄧演達道：“武漢之戰，禍及百姓：屍骸蔽地，損毀民力，難民哀泣於道，無所逃亡，將軍怙名恃勇，逆勢而動，罪責難逃。”劉玉春道：“自古庶民厭戰，武漢之民，本來安居樂業，你等無端挑起戰禍，虜寇百姓，使我黎民四處奔逃，餓殍遍野，此罪在廣東軍。”時家昌侍立於側，進言道：“鄧主任，學生有一言：劉玉春雖倔傲，然其不失忠節，不愧為錚錚男兒，與劉佐龍、吳俊卿等輩相比，乃龍蝦之別。前者與我相拒，乃各為其主，今大勢已定，不若釋其遠去，亦可收攏吳軍將士之心。”鄧演達點頭稱許，令人將其釋放。鄧演達笑道：“為將軍求情者，劉將軍可識得？”劉玉春搖頭。鄧演達道：“謝昌儒，字家昌，乃北伐英雄。”劉玉春嗤笑道：“蕭牆釁起，兄弟相煎，所戮者皆為炎黃子孫，亦妄稱英雄！——乃南軍之犬耳！”家昌愕然無語，目視劉玉春遠去。家昌因武昌戰功，遂升為副營長。