在對各省軍閥大演特演“武力統一”醜劇的同時，吳佩孚還徹底地撕下了“保護勞工”的假麵具，用武力對手無寸鐵的工農群眾大加鎮壓。其中最著名的，就是他對京漢鐵路罷工工人的血腥屠殺，製造了震驚中外的二七慘案。
總之，在獨占北京政府的控製權之後，短短的兩年多時間裏，直係就成了全國公敵。全國性的反直聲浪預示著直係軍閥的末日即將來臨。張作霖瞅準了這個機會，於1924年9月向直係發起進攻，第二次直奉戰爭正式爆發。
在第二次直奉戰爭開始前的9月初，首先發生了江浙戰爭。直係的江蘇督軍齊燮元，為了爭奪上海地盤，向皖係的浙江督軍盧永祥發動進攻。齊燮元的背後靠山是曹錕、吳佩孚，而盧永祥則早已同張作霖和孫中山結成了“三角同盟”，江浙戰爭實際上成了第二次直奉戰爭的導火線。
江浙戰爭的爆發，給張作霖討直提供了借口，戰火點燃後的第二天，張作霖即以十分強硬的措詞致電曹錕。他說：“今年天災流行，饑民遍野，弟嚐進言討浙之不可，足下亦有力主和平之回答；然墨跡未幹，戰令已發，同時又進兵奉天，扣留山海關列車，杜絕交通，是果何意者？足下近年為吳佩孚之傀儡，致招民怨……弟本擬再行遣使來前，徒以列車之交通已斷，不克入京。因此將由飛機以問足下之起居，枕戈以待最後之回答。”接著，張作霖又召開緊急軍事會議，作出派兵入關，組織所謂的“鎮威軍”，援浙反直的決定。會後，張作霖還宣布，他將自任鎮威軍總司令，親率25萬大軍出戰。
在張作霖決定援浙反直的同時，孫中山也公開宣布討伐曹錕、吳佩孚，援助浙江盧永祥。他說：“援浙即以存粵。”至此，整個“反直三角同盟”全部動員起來。
曹錕在北京接到張作霖挑戰電報後，十分緊張，忙向吳佩孚連發幾封十萬火急的電報，要吳佩孚速速來京主持對奉作戰。吳佩孚不敢怠慢，於9月17日由鄭州乘車進京。曹錕見吳佩孚到來，心中石頭落了地。他對吳佩孚說：“老弟，我已經老了，辛苦你攝行海陸軍大元帥的職權，一切便宜行事。”一向自命不凡的吳佩孚，得到曹錕的授權，也不謙讓，立即行使起指揮權來。
抵京的次日，吳佩孚便在他的住所中南海調兵遣將。他把參與作戰的直係軍隊組成所謂的“討逆軍”，自任總司令，以王承斌為副總司令兼直隸後方籌備總司令。吳佩孚的具體部署是，分兵三路迎敵：第一路，以彭壽莘為總司令，統率曹錕、吳佩孚的嫡係主力，布陣於山海關、九門口一線；第二路，以王懷慶為總司令，統率原駐熱河各部直軍，布陣於熱河南線；第三路，以馮玉祥為總司令，率其本部人馬出古北口布陣於熱河北線。此外，吳佩孚還把其餘各省的直軍組織起來，號稱十路援軍，並分別以曹钅“英、胡景翼、楊清臣、張席珍、靳雲鵬、閻治堂、張治公、李治雲、潘鴻鈞、譚慶林為十路援軍司令，而以張福來為援軍總司令。”
點兵後，吳佩孚表現得信心十足。他對趕來采訪的各國記者誇口說：“我出兵20萬，兩個月內一定可以平定奉天。張作霖下台後，他的兒子張學良可以派送出洋留學。所有外國人在東三省南滿鐵路的權利，我們都予以尊重。”
與此同時，約25萬奉軍也按張作霖的部署，分三路向關內進發。第一路，由薑登選、韓麟春指揮的第一軍和由張學良、郭鬆齡指揮的第三軍組成，向山海關、九門口一線挺進；第二路，由李景林、張宗昌率領的第二軍組成，擔任熱河南路的作戰，由北鎮出朝陽，經淩源，向喜峰口進攻；第三路，由吳俊升指揮的第五軍和許蘭洲指揮的第六軍組成，擔任熱河北路的作戰，由通遼出開魯，經赤峰南下承德，或西至多倫，從喜峰口以西各口入關。此外，張作相、闞朝璽率領的第四軍則駐在錦州，作為奉軍的總預備隊。奉軍的戰略重點是在山海關、九門口一線。但是，由於熱河方麵直係兵力較為薄弱，同時也為了預防直軍以重兵出朝陽，威脅錦州，切斷奉軍後路，奉軍首先在熱河方麵發動進攻，占領熱河，待熱河南北兩線的部隊進至長城一帶，與山海關、九門口一線齊平時，奉軍主力再在山海關、九門口一線發動進攻，打擊直軍。
從直、奉出動的兵力和部署來看，無論是在兵力、武器裝備和軍隊士氣方麵，還是在戰略戰術方麵，奉軍都占優勢。但直軍，特別是部署在山海關、九門口一線的直軍，在吳佩孚的親自指揮下，實力也不容小覷。
9月17日，第二次直奉戰爭正式打響。奉軍首先在熱河方麵發動進攻，到9月下旬，奉軍擔任熱河南線作戰的第二軍，在李景林、張宗昌的率領下乘虛而進，先後占領了朝陽、建平、淩源，其先頭部隊已抵達冷口附近；擔任熱河北線作戰的另一路奉軍，即吳俊升率領的第五軍和許蘭洲率領的第六軍，也順利地占領了開魯，正向赤峰挺進。當熱河方麵的奉軍進至長城一帶，與山海關、九門口一線齊平時，奉軍主力便按原定計劃在山海關、九門口一線發起大規模的進攻。
由於直軍也將主力集中在山海關、九門口一線，故奉直雙方在這裏的戰鬥十分激烈。
在山海關和九門口之間有一名曰“角山寺”的大山。由於此山相隔，山海關和九門口實際上被分成了兩個戰場。在山海關正麵作戰的奉軍，是張學良和郭鬆齡的第一軍第二、第六兩個旅，在九門口及其以西、以北作戰的奉軍，則為薑登選、韓麟春的第三軍兩個旅。為了統一指揮，第一、三兩軍成立了聯軍指揮部。發起進攻後，兩個戰場都打得相當激烈。
在山海關正麵，奉軍在郭鬆齡的指揮下，首先猛攻五眼城、娘娘廟一帶直軍陣地，但憑險據守的直軍第十五師頑強抵抗，給奉軍極大殺傷。奉軍雖有飛機助戰，又有極猛烈的炮火，卻始終無法突破直軍防線。
在山海關正麵戰場力攻不克的情況下，張作霖命令九門口戰場的薑登選、韓麟春率部猛攻。一番激戰後，奉軍第十六旅的孫旭昌團，首先突破黃土嶺的直軍陣地，從側麵對九門口的直軍陣地造成巨大的威脅，直軍防線開始動搖。隨後，奉軍又從正麵、側麵同時猛攻，直軍終於不支，九門口遂被攻破。接著，奉軍又一鼓作氣，攻下石門寨，直軍守將馮玉榮畏罪自殺。直軍陷入被動。