為對付皖係的進攻，直係則組織"討逆軍"，設大本營於保定，以吳佩孚為前敵總司令，王承斌為副司令，指揮西、中兩路；東路由曹瑛、李景林為正副指揮。7月12日，曹錕、張作霖、王占元、李純、陳光遠、趙倜等聯名通電討段，吳佩孚等通電宣布段祺瑞、徐樹錚罪狀。7月13日，張作霖發布派兵入關通電。同日，段祺瑞發布討伐曹錕、吳佩孚檄文。直、皖兩軍於7月14日正式開戰。
直皖戰爭的戰區分為東西兩路。西路在京漢沿線，是主力戰場；東路在京奉鐵路沿線。西路皖軍在直隸涿州、固安、涑水擺開陣勢，14日，以劉詢第十五師為先鋒。向駐高碑店直軍第三師進攻，直軍退出高碑店。同日，東路皖軍由梁莊、北極廟一帶向楊村直軍進攻，直軍在鐵路橋邊架設大炮阻擊，雙方勝負未分。7月16日，由天津開來日本"護路隊"，強迫直軍退出鐵路二英裏以外。直軍防線由此被打開一道缺口，皖軍乘虛而人，直軍放棄楊村，退守津郊北倉。7月17日，戰局突然發生重大變化，在西路，吳佩孚率領從高碑店撤出的直軍，向皖軍前敵司令部所在地——涿州、高碑店之間的鬆林店突擊，皖軍從高碑店敗退，直軍占領涿州，並向長辛店追擊前進。皖軍劉詢第十五師原為馮國璋的衛隊，屬直係舊部。馮死後該部歸屬段祺瑞管轄，現被迫與直軍作戰，且情況突變，故不戰而退，大部投降，小部逃向北京。7月18日，皖軍前敵總指揮曲同豐向直軍投降。19日，曲密電段祺瑞請依法嚴懲徐樹錚。曲同豐的投降倒戈，使皖軍受到沉重打擊，一潰而不可收拾。東路戰場的皖軍，因西路戰敗，又有奉軍助直作戰，也由勝轉敗。17日，東路總指揮徐樹錚在廊坊得知西路皖軍戰敗，丟掉戰事，匆忙趕回北京。所部失卻統帥，不戰而降。至18日，直皖戰爭勝負已決，皖係失敗，段祺瑞花費巨大代價編練的所謂"邊防軍"，僅四五天的功夫即全軍覆沒。7月19日，段祺瑞引咎辭職。23日，直、奉軍進入北京北苑、南苑。直皖戰爭至此結束。直皖戰爭雙方投入兵力近10萬人，主要是段祺瑞、徐樹錚直接指揮的邊防軍和曹錕、吳佩孚指揮的直軍，而其餘各省兩派軍閥的部隊則基本上未動，戰爭中被消滅的隻是邊防軍，各省皖係軍閥的地盤則鮮有變動。直皖戰爭結束後，北京政權為直、奉兩係主要是直係軍閥所控製。
中蘇建立外交關係談判
中蘇建立外交關係談判開始於1920年中，最初是與遠東共和國進行的。十月革命勝利後，蘇俄政府並沒有得到真正的喘息機會，在列強的包圍下，為了保衛年輕的蘇維埃共和國，蘇俄政府奉行了和平共處的外交原則，甚至不惜為此作出暫時的重大讓步。蘇俄這一時期外交政策的任務之一就是避免在遠東同日本發生軍事衝突，並準備好在西方帝國主義國家一旦向俄國重要中心發起新的進攻時予以還擊。這一政策的重點是抵製波蘭軍隊的進攻，而為了避免同日本作戰，蘇俄決定在遠東地區成立一個"緩衝國"——遠東共和國。遠東共和國是在列寧親自指導下，由原蘇俄遠東人民委員會主席克拉斯諾曉科夫具體負責創建的。1920年3月28日，貝加爾湖沿岸居民製憲會議開幕，4月6日，克拉斯諾曉科夫為會議起草聲明，宣告正式建立獨立民主的"遠東共和國"。該共和國包括阿穆爾省、濱海省、外貝加爾省、庫頁島省、堪察加省和劃歸中東路的地帶。1921年1月，遠東共和國製憲會議舉行選舉，成立了由布爾什維克領導的政府。遠東共和國對華外交的主要任務是利用其非蘇維埃形式，建立和發展同中國的經濟貿易關係，同時，為盡快解決中蘇之間的懸案並建立正式外交關係創造條件。根據這一政策，1920年5月30日，遠東共和國外長向北京政府發出照會，提議兩國建立正式關係，並設立領事機構和舉行官方代表會議。6月，優林使團來華。該使團的權限很廣，不僅能就經濟及外交關係等問題同中國政府進行談判，而且有權簽訂條約，並被蘇俄政府授予解決中東鐵路等問題的權力。但北京政府擔心與遠東共和國接觸會引起列強的不滿，遲遲未準使團進京，直到8月26日，始準優林以"遠東共和國商務總代表"名義經庫倫抵達北京。