直係方麵的軍事部署也是分為東西兩路。西路為第三師第六旅和二個混成旅、一個補充旅(第六旅旅長張福來，第一混成旅旅長王承斌，第三混成旅旅長蕭耀南，補充旅旅長王庸中)，由吳佩孚指揮。東路京奉線和津浦線有第四混成旅曹鍈和第五混成旅商德全(兼天津鎮守使)兩旅的兵力，由曹鍈、牛向忱(第四混成旅參謀長)、商德全分別指揮。奉軍於16日派兵入關，也分兵兩路，待機而動。後見皖軍不支，張作霖即命闞朝璽率部參加西路京漢線的戰事，張景惠則率部與東路曹鍈旅共同作戰。
皖軍於7月14日發出攻擊令，西路皖軍第一師第一團(團長王興文)馬隊和李進才第十三師第一營步兵，即向直軍第三師十二團(團長郭敬臣)第二營進攻。同時，駐廊坊的宋子揚旅進攻楊村的克軍防線，但至7月18日，直奉會師攻下涿州，皖軍第一師師長曲同豐被俘，第十五師旅長齊寶善、張國溶向直軍投降。西路戰爭就基本停止了。東路戰爭緊張時，徐樹錚曾偕參謀何家駒、張宣等，坐軋道車到廊坊落垡參加指揮。當時直皖兩軍正在楊村鐵橋一帶隔河作戰，徐到即部署拂曉進攻，次日戰鬥一天，直軍防線動搖，漸向北倉敗退。晚間得知西線已經潰敗，而奉軍張景惠部也參加作戰，宋子揚旅遂潰退。23日，直奉軍隊分別進駐南苑、北苑。事前大張旗鼓的直皖戰爭，不出10天就以直係的勝利而結束了。
這一場戰爭，雖然事前雙方曾經積極準備，但據參與戰事的人說，實在非常簡單，就像一場秋操一樣，隻有西路最初一戰和高碑店鬆林店一戰比較激烈。
西路戰事初起時，皖軍攻勢極為猛烈。尤其是炮兵射擊準確，使直軍傷亡甚大，直軍曾一度敗退。因為邊防軍裝備精良，多為日本新式武器，下級軍官大都是軍官學校畢業的學生，雖然沒有作戰經驗，但頗有“初生牛犢不畏虎”的氣概。第一團團長王興文是北洋軍中有名的戰術專家，原在保定軍官學校講授戰術，很有心得，作戰時也能身先士卒，所以部隊士氣頗銳。他用騎兵在前衝鋒，炮兵隨後掩護，炮火齊發，於是直軍望風披靡，相繼後退。幸賴蕭耀南旅頑強抵抗，皖軍未能深入。吳佩孚看戰況於直軍不利，就親帶參謀人員和第六旅在前線迎敵，使用集中火力的戰術，猛攻正麵皖軍。很快就打垮了皖軍的騎炮挺擊隊。皖軍敗退到高碑店，改取守勢。
皖軍在高碑店一帶的配備是邊防軍第一師在鐵路迤西，王興文一團守岐溝，鐵路迤東則由第十五師劉詢的部隊防守。
吳佩孚親率第十二團葛敬臣部向岐溝進攻，以第十一團陳清遠部威脅岐溝右側背。拂曉開始進攻，雙方戰鬥激烈。王興文被直軍炮火打中陣亡，皖軍第一師士氣立刻渙散。而鐵路迤東的第十五師按兵不動，放任直軍第一混成旅王承斌部迂回到琉璃河左側攻擊皖軍的指揮部。後來第十五師的炮兵營長李某(袁世凱隨從副官李題賢之子)突然向皖軍第一師的陣地開炮，第一師大亂，於是皖軍西路全線崩潰。有人說，曹錕曾派人用200萬元錢的高價收買劉詢，劉不為所動，於是曹又派人收買旅長齊寶善、張國溶二人，共用120萬元。這種說法未必可信，不過齊、張和直係早有聯絡，張為人較有智謀，在戰前曾去保定多次，所以在作戰時突然倒戈給皖軍以致命的打擊。
齊、張都倒向直方，王承斌部又將皖軍退路截斷，時在涿州前線指揮的曲同豐因皖軍潰散，躲在高粱地內被直軍發現，於是被俘。據說，曲當時上身軍衣已經脫去，隻穿夏布褂，佩帶指揮刀，形象極為狼狽。
吳佩孚於勝利之後命第六旅連夜向琉璃河追擊，直搗皖軍司令部。皖軍已不見蹤影，丟棄的給養極多，麻袋裝著現洋，每5萬塊一麻包，不計其數。有50多門各種大炮都堆放在地上，炮衣還沒有取下。步槍子彈遍地都是，更沒有確實的數字了。
吳佩孚乘火車來到琉璃河車站。次日王士珍、江朝宗、王懷慶等即到琉璃河見吳，擬替雙方和解。吳對王等極盡恭維謙和之態，並說：“您老們怎麼辦怎麼好，我一定尊重。”而王承斌、蕭耀南、張福來則在一旁氣勢洶洶地大罵段祺瑞扣押直軍兵餉，借債賣國擴軍。並說：“我們是回防，並沒有侵犯別人，他派隊伍來打我們。現在打敗了，派幾位來了，早幹什麼去了？那不行。邊防軍一個也不能留，都得繳械，非把老段抓著，講講理不行。”其實這是吳佩孚事前布置好了的一出戲，意在表示安福派已犯了直軍將士眾怒了。王等在辭去臨上火車時還說：“等兩天吧，不要前進了。我們一定有辦法，讓你們消得下氣去。”王等乘坐的火車剛開走，吳佩孚立即下令，所有隊伍繼續前進追擊，但不許進入北京城內。