张景惠判断错误，怕直军两面夹攻，首尾不能兼顾，于是下令再退，退至良乡，直军继续穷追猛攻，奉军又退到长辛店。张作霖获悉战况，下令迅速集结北京以西的兵力，务必把直军反攻压下去。张景惠率部队与直军厮杀，激战一昼夜，奉军增援的第二、九两个旅、察哈尔骑兵旅奋勇冲杀，直军众寡悬殊，又退到良乡以南。
30日清晨，直军董政国、孙岳率部又发动攻势。在窦店、黄村之间打了四个多小时，到中午，奉军在齐村摆下地雷战，前线奉军突然向齐村方向退去，直军不知是计，直军紧追。正在这时，吴佩孚命令停止进攻，回扑南岗洼，直军避免了伤亡。直军在攻打南岗洼之际，奋力冲锋，奉军大败。直军冲过南岗洼，占领了长辛店，并一直把奉军追到芦沟桥，在芦沟桥头，奉军第十六师师长邹芬身受重伤，第二旅旅长梁朝栋中弹牺牲。第二旅官兵愤于旅长牺牲，扼守桥北，誓死不退，在两军对峙之际，张作霖又派齐恩铭的第五混成旅和一支精锐骑兵增援，直军又转胜为败，直军100余官兵被奉军包围缴械。这时，吴佩孚派一个团往攻长辛店以北的三家店，袭击奉军的军火库，张作霖闻讯急令在丰台的奉军二十七师火速驰援。吴把奉军主力吸引到三家店，使直军有了喘息之机。此刻，直军利用暂时小胜，吹嘘自己胜利，发布号外，说北京政府已将张作霖免职，派张锡銮为东三省巡阅使，冯德麟为奉天省督军，以惑乱奉军军心。
直奉两军在西路战线对峙两、三天，奉军每天使用大炮猛轰直军前线阵地。5月3日晚，吴佩孚料到奉军炮火消耗殆尽，乃以大部队猛攻正面奉军，另派精兵数千绕至奉军后方。直军又派出两架飞机在长辛店奉军指挥部投下几枚炸弹。张景惠十分害怕，带着几个卫兵，飞奔丰台而去。5月4日，长辛店和芦沟桥的奉军，被直军包围。直军孙岳的第十三旅又袭击奉军背后，使奉军腹背受敌。在这紧要关头，奉军第十六师反戈，身受重伤的师长邹芬投降直军。5月5日，张锡元的中央第四混成旅由潼关赶来，日昼兼程，前来增援直军，加入战斗，直冲到丰台，长辛店和芦沟桥先后落入直军手中。奉军在长辛店大败，是因奉军第十六师反戈，该师原是冯国璋的旧部，师长王廷桢，被奉系赶下台，改派邹芬继任。十六师本属直系，不愿和直军打仗，故而在前线反戈。张景惠逃回北京，他知道对奉军失败负有重大责任，不敢回奉天，战争结束仍寓居北京。
东路战线：4月27日拂晓，直军张国熔的第二十六师向静海的奉军李景林的第七混成旅发起进攻，被奉军打退，张国熔回师大城，继续与奉军交战。29日，张作相率部来攻，张国熔率部西撤任邱，大城被奉军占领，直军遗尸400余具。李景林率部追击直军，一营骑兵误陷地雷阵。张作霖接此教训，命令奉军追击直军要半守半追，以免中计。张国熔率部退入任邱，协同城内直军加强城防。任邱是保定的屏障，吴佩孚担心奉军直扑保定，命令王承斌的第二十三师增援任邱，奉军张作相、李景林部队未能攻克任邱退去。
4月30日，张作相率部击败直军彭寿莘的第十四旅，占领牛驼镇，与鲍德山第十六混成旅攻克的固安，互为犄角。张学良率领第三、四两个混成旅，由静海北上独流，猛攻直军重要据点霸县。5月1日晨，吴佩孚率部攻克固安，张作相调集大批援军，向固安猛扑，用重炮轰击固安城内，直军弃城而走，奉军再克固安。同日，张学良率部攻克霸县，并增援部队加强固安防务。
5月2日，直军第六旅、第四十五旅向固安和霸县之间挺进。张学良、郭松龄率第三、八两个混成旅与直军展开激战，直军占领慈茶埠，张学良调两个旅增援反攻，直军渐呈不支，直军为解慈茶埠之围，急调第三师的十二旅，往攻永清。又命张锡元的第四旅、李鸣钟的第二十一旅赴永清和慈茶埠之间，截堵奉军援救永清。张学良获知永清告急，派出1200名敢死队驰援永清，中途被李鸣钟、张锡元两个旅消灭。张学良、郭松龄深恐身陷重围，于是挥师便退。直军在后追击，由慈茶埠追到津西要地胜芳，胜芳落入直军之手。5月3日，直军继续追赶张学良部队，该部队一路且战且走，途中，张学良受伤，直奔落垡奉军总司令部而去，直军乘胜攻下固安。
奉军总司令部附近廊坊、后奕一带发现直军，张作相率第二十七、二十八两师急驰来援，两军厮杀，直军人困马乏，退却而走。此刻吴佩孚赶来前线督战，被奉军发现，向吴佩孚所在阵地连续发炮，猛烈轰击，吴翻身下马，吴的副官被炸死，吴将计就计，买口棺材，诡称阵亡。奉军报告张作霖，初不相信，又接侦探密报才信以为真，正式发布新闻，闹出笑话。