1月3日，孫中山以大元帥名義，密令海軍、滇軍和地方派軍人舉行一次軍事突擊，推翻桂係在廣東的統治。海軍豫章、同安兩艦接到命令後，按指定時間開出廣州，向駐紮在觀音山的廣東代理督軍莫榮新的官署開炮轟擊，並命令朱執信促李耀漢發難，許崇智等協助陳炯明起事。孫中山親自發射數炮，又督促炮手繼續發射70餘炮。發炮作為起事信號，但陸上部隊毫無反映。陳炯明認為孫中山此舉是"輕率"和冒險，按兵不動。滇軍雖經大元帥參議劉德澤運動，但一些軍官卻極力反對，其他部隊則表示中立。由於莫榮新事先已得到密報，有所防備；遭到炮擊後立即電話告知海軍總長程璧光，要求立即調查處理。程璧光急忙派艦向豫章、同安兩艦傳達"停止炮轟，開回省城"的命令。這樣，兩艦既沒有得到陸軍的響應，又接到上級的命令，隻得撤回省城。孫中山推翻桂係軍閥在廣東統洽的計劃流產。這表明，孫中山缺乏軍隊的有力支持，起不到左右局勢的作用。
炮擊督署的第二天，各界要人及中華革命黨一些元老們，出來進行調解。孫中山向桂係軍閥提出五項條件：（1）承認軍政府為護法各省的最高領導機構；（2）承認大元帥有統帥軍隊的全權；（3）承認廣東督軍由廣東人選任，必要時大元帥得加以任免；（4）被捕民軍代表交軍政府處理；（5）廣東外交人員由軍政府任命。莫榮新表示，一至三條得向陸榮廷請示，四、五條修改為"需得軍政府的同意"。莫的答複，等於一條也沒接受。莫榮新親自到大元帥府向孫中山道歉問候，答應接濟元帥府衛兵月餉二萬元，並按照孫中山的意思，派羅誠為廣東交涉員，且受軍政府任命。1月9日，孫中山在大元帥府招待軍政及工商各界代表，說明炮擊督署經過，指出軍政府成立以來，地方當局采取"不合作"的態度，以致使軍政府"形同虛設，貽誤討逆戎機"。他還表示這次炮擊督署事件，"莫督軍既未還擊，又能接受條件，軍政府有了生路，也就不必苟求了。"炮擊督署事件，沒能遏止桂係的行動，反而使其更加猖獗。1918年1月15日，護法各省聯合會成立；2月中旬，與北京政府達成停戰兩周的協議；2月下旬，海軍總長程璧光被暗殺；4月10日，國會決定將大元帥製的軍政府改組為總裁合議製。孫中山對桂係的活動雖堅決反對，但卻又無兵可調，無能為力。在桂係、滇係軍閥和把持國會的政學會政客的壓迫下，孫中山認識到：依靠軍閥不可能達到護法的目的。5月4日，孫中山憤而辭職。通過護法戰爭中軍閥之間的爭鬥與勾結，使孫中山看清了軍閥的反動本質，因此，孫中山5月5日在辭職通電中指出："吾國之大患，莫大於武人之爭雄，南與北如一丘之貉，雖號稱護法之省，亦莫肯俯首於法律及民意之下。"不久，孫中山離開廣州，前往上海，護法戰爭失敗。
西南聯合會議
7月，孫中山為反對段祺瑞獨裁統治，維護《臨時約法》和國會，由上海抵達廣州，發起和領導護法運動。9月初，南下廣州的部分國會議員組成非常國會，選舉孫中山為大元帥，滇、桂軍閥唐繼堯、陸榮廷為元帥，組成護法軍政府，領導南方各省的護法運動。唐繼堯和陸榮廷在護法軍政府成立後，口是心非、言行不一，他們采取"虛與委蛇、敷衍中央"的態度，拒絕到廣州任職，繼而又謀劃另立西南各省聯合會議，與軍政府分庭抗禮。
月4日，大元帥府總參謀長李烈鈞秉承唐繼堯的旨意發表通電，提出"擬組織軍事聯合會，並設政務委員會"。同日，在陸榮廷的策動下，軍政府重要成員程璧光、唐紹儀、伍廷芳等在珠海聚會，討論組織西南聯合會事宜。會後，李烈鈞將西南聯合會章程草案發給護法各省征求意見。11月7日，又致電程璧光等人，要求從緩組織西南聯合會議。因陸急於與段祺瑞政府妥協，認為此時成立西南聯合會議，於南北議和不利。但是時隔不久，由於北京政府宣布龍濟光任兩廣巡閱使，直接影響著桂係軍閥占據兩廣的意圖，打破了陸妥協求和的幻想，轉而表示要盡快建立西南聯合會議，並於1918年1月9日複電程璧光、莫榮新等人，表示西南"聯合條件，極所讚成，即廒公決，速行組織為盼"。