段祺瑞对张作霖的态度做了错误估计，他想张对徐树铮不满，但是他和直系也有矛盾。在直、皖之争会保持中立的，如果直系没有奉系的帮助，皖系打败直系是有把握的。不料，13日张作霖宣布奉军进关，并且二十七师、二十八师已经大批进关，在京奉路、津浦路以及马厂、军粮城一带布防，这样一来，段着慌了，皖军内部也有厌战情绪，傅良佐就不同意打这场战争，刘询的十五师不愿与直军接触。这时曹汝霖、傅良佐去公府往谒徐世昌，请求颁布停战令。7月14日徐世昌颁布停战令，要求所有各路军队均应恪守命令，一律退驻原防，戮力同心，共维大局。但是，为时已晚，不久直皖战争就爆发了。
政权一样都不能少
徐世昌发布停战令的当天，爆发了为时三天的直皖战争。
1920年7月14日晚，直、皖双方正式开火，分东西两路作战。西路在京汉路的京保段，皖军由段芝贵任总指挥。这位总指挥把打仗当儿戏，司令部设在火车上，前线激烈打仗，段和幕僚在车上打麻将。边防军曲同丰的第一师集中在涿州、琉璃河、良乡一线，陈文运的第三师驻固安，魏宗翰的第九师驻在门头沟，李进才的十三师沿京奉路向东布置，以策应第三师。
直系在西路以吴佩孚为总指挥，他的第三师及第二混成旅、第三混成旅布置在易县、涞水、琢州、固安以南一线。吴佩孚为防皖军两翼包抄，以第三师第六旅为左翼，第三混成旅及第三补充旅为右翼，而以第一补充旅挡正面，以保定第一补充旅、曹锟卫队及新从天津开到保定的六营为后援，双方的主力部队都集中在西路。
东路在京奉路的京津段展开。皖军总指挥为徐树铮。大军出发之际，徐在尊师段祺瑞面前，屈膝一跪，“老师，我此去誓死战胜吴佩孚，不杀身便成仁。”徐把西北边防军第二混成旅、边防军第三师两个团及第九师一部部署在落垡、廊坊一线。直军总指挥为曹瑛，将直军第四混成旅、第二补充旅及直隶守备队二十营驻守在杨村，与皖军对峙。
7月14日下午3时，段祺瑞发布总攻击令，皖军首先在西路向直军发动进攻，以大炮向直军阵地猛轰。直军见皖军来势甚猛，暂避其锋，然后直军进行反攻，两军你进我退，我进你退，双方互有伤亡。15日晨，皖军向固安的直军进攻，遇到直军顽强抵抗，皖军受挫，直军乘势进攻，皖军大溃。皖军再次发动进攻，在琢州、固安两处发生激战，占领域州、松林店，直军退到高碑店。
7月16日夜，突降大雨，皖军的榴弹炮发射失效。直军向皖军侧翼包抄，正面则由从河南赶到的奉军第一师邹芬旅加入作战，直军士气大振。直奉两军两面夹击，皖军腹背受敌，力不能支，纷纷弃城逃走。直军乘势收复松林店、三家店以及涿州等地。皖军刘询的第十五师原系冯国璋的卫队师，各级军官亲直仇皖，17日晨，与直军战于涿州北面，投降直军。由于该师反戈，皖军第一师势成孤军，被直军包围，师长曲同丰见大势已去，率部投降。19日，曲同丰在保定发表通电，敦劝边防军与曹锟携手共讨徐树铮，曲又致电段祺瑞，指责段纵恶养奸，丛尤聚怨。第一师是皖军的主力，该师投降，使皖军在西路全军溃散。总指挥段芝贵乘车逃回北京，谒见段祺瑞，跪伏在地，痛哭不已，请求徐世昌下令停战。
东路前线，皖军总指挥徐树铮在廊坊指挥向杨村的直军进攻，直军沉着应战。16日，两军战斗激烈，直军在杨村车站安设大炮抵御皖军，当地日本驻军提出抗议，直军抗辩无效，只好将大炮撤走，皖军乘隙突破缺口，在军后退到北仑，适有奉军工程兵一营驰来相助，直军得到奉军支援，转而反攻。
16、17两日，入关的奉军第二十七师、第二十八师两个旅开到天津附近。奉军的参战，大大加强了东路直军的实力，也给皖军官兵心理上以很大威胁。奉军与直军并肩战斗，17日，重新占领杨村，攻下落垡、廊坊，皖军溃败。徐树铮没有杀身成仁，当晚踉跄逃回北京，躲进六国饭店避难去了。
战争爆发前，段祺瑞密电长江上游总司令吴光新调遣驻鄂西的部队集中汉口，牵制和袭击直军的后路。7月16日，湖北督军王占元按照吴佩孚的指示，将吴光新扣押，部队被缴械。皖系驻洛阳的西北边防军第一、四两个混成旅，按照段的密电，配合京畿皖系的军事行动，但因处在直、奉军包围中，未敢轻举妄动。7月27日，吴佩孚致电该旅解除武装，他们不愿归顺，7月30日，直军王承斌旅会同奉军合力围剿，该两旅向西北方向逃窜。皖军在山东与直隶交界处的边防军第三师，拟夺取德州兵工厂，然后北上与东路皖军会师。19日，师长陈文运率部发动总攻击，20日，夺取德州。但是此时皖军东、西两路已失败，第三师成了孤军，在天津的龙济光振武军去接应边防军第三师，旋被奉军击溃缴械。26日，直军在奉军的配合下，向边防军第三师进攻，该师被击败予以遣散。至此，皖军被直奉军彻底打垮。
战争发动前，82岁的淮军宿将姜桂题劝段祺瑞不要打仗，并斥责徐树铮说：“什么坏事