當時皖軍還是很強的，又都集中於直隸一帶，兵力調動上比直系軍隊四下散亂有巨大優勢。
當直軍前鋒抵涿州後，段祺瑞自任“定國軍”總司令，徐樹錚為副總司令兼參謀長，段芝貴為前敵總指揮，兵分兩路：皖軍西路以段芝貴為司令，轄第十五師劉詢、邊防軍第一師曲同豐、第3師陳文運所部，自涿州攻佔高碑店，兵力約四萬人；皖軍東路軍以徐樹錚為司令，兵力為邊防第2師、陸軍第9、第13師，及三個混成旅，約六萬人。
直軍也分兩路對抗：西路總指揮為吳佩孚，後路總指揮為王承斌，東路總指揮為曹鍈，兵力為第3師及曹鉸、王承斌、蕭耀南、彭壽莘等混成旅，約四萬餘人。
相較之下，直軍以四萬對十萬，從數量上較佔劣勢。不過直軍都是百戰精兵，都是在與南軍交火的前線血雨腥風裡闖出來的，實戰能力要遠比皖系的強。特別是吳佩孚的第三師向來是徵南的主力人選，軍心士氣戰鬥力在北洋都是冠絕，曹錕就是靠著他的這股生力軍才能在直皖系中間騎牆的。
而皖系都是各省駐防軍臨時抽調的，本身跨省作戰就有諸多不便，與南方作戰時更是都縮在後面想撿現成便宜。戰爭的弦一繃緊，心裡上就先怯了。更別說新建的邊防軍三師四旅，純粹是數量上嚇人，新兵蛋子們都未見過血，這樣的戰鬥力，可想而知。
而且最要命的是將也無戰心，包括作為統帥的段祺瑞在內。
北洋軍閥看似團體眾多，但追溯不過兩代便大多同宗，一些彼此是同學、同鄉甚至鄰居，他們之間很多人的分歧並非不可調和，他們之間你中有我。如直皖戰爭中皖系參戰一師即為馮國璋原來帶往京畿的衛隊，所以在抵前線前即宣告中立，而“邊防軍”中不少官兵與直軍將士“非姻即故，相率表示不戰”，“謂如欲該軍作戰，除非將軍官另換一班”。
段軍第一路將領曲同豐誓師時，也不知道為何而戰，困於無詞可措，僅對兵士說：“這次戰爭，名義上是說不出來的。不過我們不打過去，人家就打過來。”又對官佐說：“這回的打仗，是我們受過軍校軍事教育者，同那些沒有受過學校軍事教育者的戰爭。”以此來給皖軍將士打氣。
段祺瑞也在戰爭中行仁義。比較兩軍戰鬥力，皖軍有航空軍及重炮隊，直軍沒有，且無射擊飛機之高炮，皖軍明顯居於優勢。但段祺瑞不忍嚴令航空隊施擲炸|彈，並令重炮隊“非至萬不得已之時，不準施放重炮”。
這個仗還怎麼打！
所以後來尚其亨分析皖軍挫敗原因時說：“皖軍之敗，雖與天降暴雨及皖軍內變有關，但所以致敗之重要原因則在‘行軍重視仁義’。”
張作霖見皖系軍隊主力已調向北京以南，後方空虛，準備乘機起事。他以破獲了皖系派人在東三省有顛覆活動為名，宣佈徐樹錚八大罪狀，並通電清君側。
為避免兩線作戰，段祺瑞要求徐世昌以總統令要求各路軍隊退回原防，這樣一來，奉軍則不得入關。張作霖一不做二不休，聯絡順直省議會、天津總商會、直隸商會聯合會通電宣佈段祺瑞三大罪狀：
“…視東海（總統徐世昌字）為傀儡，待同官若奴隸，頤指氣使，炙手可熱。靳雲鵬雖其門生，然既為總理，論體制應在督辦之上。乃段祺瑞於院部有關係之文函，均親筆批有交院、交部字樣。其下屬奉命轉達於院部者，則直書曰奉督辦諭，交總理總長辦理等字樣，儼以元首自居。今更擅改元首已蓋印之命令，逼令元首之印綬，自由擅發，試問紀綱何在？此其大罪一。信任曹陸，借用日款五萬萬元，將東三省森林礦產及滿蒙熱河鐵路之權，拱手以授日人，又將膠濟、高徐、順濟等鐵路與日本訂立合同，使山東亦將為東三省之續。甚至訂立軍事協約，而日本軍隊侵入北滿，假借參戰練兵，而日本軍官攬我兵權。至於贊成簽訂德約，主張直接交涉，無一不為媚外之作用，以自亡其國，此其大罪二。段於袁項城時，往往以項城任用權術，利用金錢收買下級軍官，唆使反抗上官之舉為不然。不料自彼執政以來，變本加厲。…廣用金錢，結合各省軍隊以自固，以致軍隊日多，財源日竭。此其大罪三。”
這個電報末尾且指責段祺瑞並非如一般人所說的很廉潔，它指出：“天津義租界房屋，乃徐樹錚於民國元年所得漢陽之款，以十三萬元分潤段而購置者；曾雲霈以安福黨費為段興造春夏秋冬四季式之房屋；又復辟討逆餘款二百萬元，盡入私囊；段在中日匯業銀行有股份一百萬元。”
欲加之罪，何患無辭？何況證據板上釘釘？張作霖準備多時的作戰計劃迅速傳達到各部：汲金純二十八師沿京奉線出山海關攻唐山、天津；張景惠率第一十六師出赤峰，攻多倫、沽源、赤城，進逼張家口。孫烈臣為關外奉軍總司令，統一協調戰事。
在7月13日張作霖宣佈派軍入關以前，段對“討直”之戰是很有信心的，他曾吹噓說，戰爭開始，只消五天就可以攻下保定，他的自信是認為奉軍不會幫助直軍。因為他認為張作霖雖然和徐樹錚不和，但其和直系的曹錕、李純也有很大的矛盾，因此段估計張作霖一定是在關外坐視成敗，不會在直皖衝突中輕易下注，也就是說張作霖會保持中立的。
段認為只要張作霖保持中立，他就有把握擊敗直軍。怎知13日接到奉軍第16、28兩師大軍已經開進關來的軍報，接著又獲悉奉軍已在京奉路、津浦路以及馬廠、軍糧城一帶佈防，這一來可真讓他著慌了。
張作霖再與徐樹錚有嫌隙，也不應該在這個時候給皖系本已不太堅定的軍心再刺上一刀。這是奉系明顯動手的徵兆了，段祺瑞至此才不再猶疑。他抽調東路軍13師、15師一部，分頭迎擊奉軍。
乘皖系不意、又在其背後開槍，本來形勢對奉軍大好，可是張景惠前線指揮官32旅旅長鄒多芬輕敵冒進，主力尚在多倫，他已急行進逼到張家口，卻不料一頭扎進皖軍的口袋內。
本以為皖軍在直奉前後兩路進擊下支撐不了多久的，他可以趁機打下一塊地盤來。君不見少帥高歌猛進，已經在西北為王了？張景惠是奉軍的老人了，到現在還屈居師長一職，還不是沒有什麼戰功？因此對他鄒多芬是報以強烈支援的。
圍住他的正是有一股子猛勁的徐樹錚。
對奉軍的背後插刀，這位犟直脾氣的軍人動了火星。除少部牽制直軍外，邊防軍第2師、陸軍第13師主力全數壓上，並由常駐熱河（現已退至張家口）的毅軍餘部約兩萬人配合，要打奉軍一個漂亮的反擊戰。張景惠只一個師，疲師遠徵，出奇不意之下，應會被一戰而潰。然後再集中得勝兵力，調頭與直軍交戰，這也是避免陷入兩頭苦戰的良策。
輕裝簡從一心想撿個大便宜的鄒多芬於是苦逼了…
正面防線被一鼓而下，穿插而過的三隻鐵拳讓他的指揮所與兩個團的聯絡都被切斷，而且最坑爹的是，一發炮彈打中了他的腰，他這個旅長重傷了。更要命的是，在沒了大部隊的情況下，直軍直接打進了旅部，竟然把他活捉了。
這是奉軍在組建以來第一個大敗仗，而且是在關鍵的戰場。
張作霖聞訊大怒，在他和張漢卿等一干高層的計劃中，這一役應該是能輕鬆取勝的。借直皖力拼的當口，拿下京畿重鎮張家口，完成塞外熱河、察哈爾的事實佔領，也算是為此次反段出了大力。在戰後，還要憑藉這場戰役和直系討價還價呢（汲金純部在京奉線上是打不起來的，因為那麼多的外國勢力在，那支部隊更只是為了乘機佔領天津而已）。現在大敗了，臉面丟了不算，以後還怎麼跟直系平分北方？本來是想摘果子的，現在看來不得不拔刺了！
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張漢卿更是著急。張家口是他在西北的重要屏障，勢在必得：他的西北軍地處貧癟之地，重要補給目前都是透過馬馱從內外蒙古之間穿行。如果張家口有失，相當於把西北與東北在地理上斬為兩截！
非但如此，他還計劃趁著這個機會，把熱、察、綏連為一體，從張家口----集寧----歸綏----包頭建設一條鐵路接至蘭州，打通東北、西北大通道呢。雖然歷史上這些鐵路修建得很困難，但是關係著國計民生，總是要有人動手吧？而且從張口進入東北，要遠比經蒙古近很多。再說張家口----承德----阜新----瀋陽也是他計劃中的完全避開日本、英國等列強的華北連線東北的大通道。
深知張景惠斤兩的張漢卿決定親自上陣。他親領東北講武堂學生教導隊組成的加強營星夜趕往一線，不過未等他接手，戰鬥竟奇跡般地結束了！