陸建章受命之後，率大批人馬入陝，其所轄部隊有陸軍數師，河南趙倜的毅軍左翼軍，劉鎮華的鎮嵩軍，陝軍第一、第二師，和川、甘、陝等省的省防軍，另有飛機四架，共計二十餘萬人。連營千裏，刁鬥互聞，陣容之大，為袁世凱用兵以來從所未有。
由於敵軍大批擁來，白朗決定放棄攻打西安的計劃，向西前進，攻占永壽、鄰縣。4月20日進逼鳳翔，次日到達隴縣。趙倜率追剿部隊趕到，22日兩軍戰於路溝，起義軍不支，敗退至固關，據險抵抗。趙倜窮追不舍，從左右繞道抄襲後路，將白朗軍包圍。白朗軍雖經頑強抵抗，給袁軍以重大殺傷，但亦犧牲很大。趙倜在深夜墮入深壑，被樹木掛住，跌傷左腿。袁世凱鑒於趙倜勞苦功高，特下令嘉獎，開複了他的撤職處分。
白朗軍從隴西間道進入甘肅，擊斃攔擊的陝軍標統馬國仁，5月5日占領秦州。以後進抵徽縣，轉戰於禮縣、武都、成縣，複趨西北之岷州，25日攻克臨潭。在此，白朗軍張貼告示，提出了“逐走袁世凱”和“建立完美之政府”的政治主張。
長期的跋涉，不斷的戰鬥，嚴重地消耗了起義軍的力量，廣大戰士疲憊不堪。特別是進入甘肅境內之後，地廣人稀，武器彈藥和糧食的補給均很困難；而且少數民族不了解起義軍的意圖，群起抵抗，又使他們遇到很大阻力。
這時趙倜率領的大批追兵尾隨而來，起義軍處境十分危急。如果向西、向北發展，困難更大，隻有南進入川或東向陝西兩條出路。因此，白朗又率隊東返，擊退阻擊之敵，經秦州進入陝西，徑奔寶雞。在寶雞遇到張敬堯部的堵擊。
6月10日占據郿縣。次日在青花鎮戰鬥中擊斃袁軍統領高雲彩，乘勢東下，連克武功、周至、戶縣，然後轉入終南山、子午穀，為陸建章部所敗。月底行至陝西、河南交界處的富水關，又同劉鎮華的鎮嵩軍力戰半天，終於奪關，返回河南的南召、方城、葉縣、臨汝等地。
白朗軍在由河南向陝西、甘肅，再由甘肅返回河南的戰略大轉移中經曆了無數戰鬥，許多戰士犧牲，再加疾病、饑餓奪去一些戰士的生命，返回河南時僅剩下幾千人，力量銳減；回到家鄉後，又有大批戰士離開了起義隊伍。留在河南的少數起義軍在田文烈督剿下基本潰散。
經過一個多月的戰鬥，起義軍損失慘重，一蹶不振。白朗率領幾十個戰土退到寶豐和臨汝交界的虎狼爬嶺，把隊伍集中在三山寨內。7月17日，袁世凱特下申令，著田文烈飛飭各統兵長官，迅速撲滅零星義軍，懸立重賞，嚴拿白朗、宋老年，舉辦清鄉，務必搜剿淨盡。白朗在三山寨同鎮嵩軍張治功部進行了一場血戰，後因彈盡糧絕，率領十幾個戰士突圍，因傷重犧牲。起義最後失敗。
白朗死後，同伴掩埋了他的屍體。不料內中出了一個叛徒，向張治功部告密。張治功即命扒出屍體，將頭割去。張治功為冒功邀賞，上報劉鎮華，說白朗係其部下擊斃。
8月9日，袁世凱兩下策令，特授趙倜宏威將軍；開複劉鎮華原官，授為陸軍中將，給勳五位；授張治功陸軍少將，給三等文虎章。後來查明白朗並非被擊斃，袁世凱又撤銷了對劉鎮華、張治功的獎勵。但由於白朗起義已被撲滅，袁世凱後仍開複劉鎮華原官不變。趙倜因追擊白朗特別賣力，袁世凱又改授為德武將軍，督理河南軍務。田文烈仍為會辦河南軍務。前都督張鎮芳也發還了勳位、勳章，取消了撤職處分。
通過鎮壓白朗起義，袁世凱還解決了另外一個難題。陝西都督張鳳翽是辛亥革命時上台的，處處對袁世凱表示服從，袁世凱雖不信任他，但撤職也找不出多少理由。6月，袁世凱以陸建章圍剿起義軍有功，任為陝西都督，把張鳳翽調北京，委任為將軍府揚威將軍，陝西的軍政大權遂落人親信陸建章之手。