護國軍四川方面的軍情，按初定出師計劃，是以第一軍總司令蔡鍔率趙又新、顧品珍兩梯團，出永定取瀘州為中路主軍；以第一梯團長劉雲峰率鄧泰中、楊蓁兩支隊，出昭通取敘府為左翼。後來因為貴州宣佈獨立，復由戴戡以滇黔護國軍右翼總司令名義，率黔軍熊其勳一團，並由殷承獻率華封歌一支隊協助，出松坎攻綦江規重慶為右翼。
護國軍左翼第一梯團所部兩支隊於民國4年先發，5年1月16日已行抵滇川接壤的新陽地方，該處及燕子坡、黃坡耳、捧印村等地，已有袁軍川軍防守，17日進至燕子坡，袁軍憑山列陣，一支隊仰攻，二支隊繞道許堰突擊袁軍後路，袁軍不支棄山逃遁，護國軍乘此勝追擊，勢如破竹，由黃坡耳、鳳來場直至捧印村俱被佔領。18日完全佔領橫江。19日第一支隊踞金沙江右岸，以大炮牽制敵軍，第二支隊經羅東渡江，由山後猛擊，支隊長楊蓁率敢死士衝鋒猛進，20日晨，渡江追擊，袁軍棄柏村溪退踞敘州，護國軍進至柏樹溪，守敘袁軍望風嘩潰，護國軍遂於21日佔領敘城。袁世凱聞耗大震，下令褫伍祥禎為川南鎮守使，責令帶罪立功。四川將軍陳宦調兵分四路反攻敘州：一命伍祥禎率所部由自流井進攻敘北；一命馮玉祥所部由瀘州方面進攻敘東；一命朱登五統漢軍（巡防軍）由犍為進攻敘西；一由瀘州方面分兵一股繞高珙迸擾敘南。1月29日，護國軍鄧支隊二營長馬鑫培與自流井大股袁軍戰於宗場附近之鬥牛巖，鄧泰中亦於次日率援隊馳至，激戰兩晝夜，袁軍頑強抵抗。31日，楊蓁率兵一大排助戰，士氣大振，冒死衝殺，袁軍向自流井潰走。護國軍奪獲大炮二尊，殺傷敵兵400餘人，生擒者數十人，陣地彈殼堆積寸餘。護國軍乘勝追擊，至下午戰鬥始絕。同日，楊支隊營長田鍾-亦與滬州大股袁軍戰於白沙場，袁軍據龍頭山，用炮數尊並機關鎗十數挺集中掃射，護國軍第四連和楊盛民戰歿，第三連長凌邦或亦受重傷，其餘官兵傷亡亦眾，但仍死力抵禦。楊蓁率隊由宗場趕到，命工兵營向正面及左翼展開攻擊。半夜鄧隊李營亦至，向袁軍左翼合力圍攻，鏖戰三晝夜之久，斃袁軍營長一人，連長三人，兵數百人；袁軍旅長馮玉祥亦負重創，向南溪潰退。護國軍猛力追擊，袁軍投河溺斃甚多，奪獲槍炮子彈無算，俘獲百餘人。馮軍竄至江安馬腿子地方，被四川護國軍總司令劉存厚所部劉柏心支隊攔路截擊，馮軍倉皇無措，高懸白旗，口稱願降，紛紛搶渡，計沉溺入水及死於槍彈者又幾數百人。朱登五所部漢軍，分由屏山、牯舌片、涼水井犯敘，俱為護國軍所阻。由屏山分兵一部犯柏樹溪，復被護國軍擊退。2月4日晨，袁軍復集川軍兩營、北軍六連回攻宗場。4日薄暮，護國軍冒雨衝擊，袁軍奔竄，死百餘人，傷者無算，奪取大炮二尊，機關鎗一挺，彈藥40餘馱，駝炮騾五匹。6日晚，袁軍一團，陳宦親軍兩營，由犍為方面據牛喜場進窺敘城。護國軍一小部依險相持，以大部包敵列陣，護國軍出其不意四面環擊，袁軍驚潰，追殺30餘里，奪獲大炮二尊、槍炮50餘船。是役前後劇戰七八晝夜，護國軍僅一梯團，共有兵五營，三路袁軍計二旅數營，護國營以士氣勇敢，卒摧大敵。別路袁軍見三路既敗，亦遂繞道退回瀘州，陳宦四路規敘之計遂告失敗。
中路總司令部於5年1月14日由昆明出發，前部第三支隊長董鴻勳率隊於1月26日抵畢節，川軍第二師長劉存厚派部下軍官二員與董接洽，磋商響應辦法，為護國軍一入蜀境，佯與劉軍對壘，劉軍詐敗，護國軍尾追，迨抵瀘州，兩軍方會合直搗瀘城。30日，護國軍由赤水河出發，至雪山關與劉軍相遇，即照前議於31日抵永寧，2月4日抵納溪，劉存厚因先有請滇軍速行入蜀電，為畢節縣知事劉某扣留，轉致四川將軍陳宦，陳派駐川北軍馳至瀘州防守，不克依照前計，遂於2日在納溪宣佈獨立。2月5日劉師與護國軍會師攻瀘，劉軍由大道進攻藍田壩之正面，護國軍繞道雙合場、牛背石、南壽山等處攻擊藍田壩之側面，戰至6日晨7時，袁軍大潰，7日，董支隊將奇獲匯以西藍田巖、月亮巖等處，交劉軍團長陳禮門駐守，率護國軍先鋒隊二營由泰安場渡江，攻擊大龍山、羅漢場等處，以拊瀘城之背。8日晨，渡江甫行二里許，與袁軍相遇。護國軍即迎頭痛擊，衝鋒猛進，奪獲大龍山。袁軍退據山右高地。二營副長董鴻銓率兵繞道攻之，袁軍敗退入羅漢場。9日進攻羅漢場，午後5時，袁軍不支退走，並佔領小市，9日復佔據五峰頂，瀘城指日可下。不料守瀘袁軍潛師渡江，來擊月亮巖，守軍猝不及防，相率退卻，劉軍團長陳禮門憤極自戕。時趙鍾奇梯團長抵納溪，聞報即率所部警衛連及機關鎗往援藍田壩。10日晨，偕劉軍工兵二營進規月亮巖，劉軍忽退卻，護國軍亦遂退回納溪。劉軍退向江安。董支隊聞月亮巖、藍田壩失守，因亦回兵為恢復計。12日黎明即開始攻擊藍田壩、月亮巖等處，敵人傾巢渡江抵抗，相持一日，護國軍以眾寡懸殊，遂於是晚退扎納溪邊界30里，袁軍亦不敢相逼。13日晚，何支隊抵納溪。14日兩支隊合攻雙合場，營副長董鴻銓扶創揮兵猛進，袁軍大敗，護國軍追至小河，敵人落荒渡河。20、21等日，從雙合場對袁軍右翼猛攻。22日向棉花埂側背攻擊，23、24等日則改攻為守，以期徐復勞頓。護國軍高級軍官總參謀長羅佩金，梯團長趙又新、顧品珍皆日日親上火線督戰；蔡鍔亦於23日由永寧馳赴納溪前敵指揮，躬督軍陣，揮刀調炮，與士卒共甘苦。28日護國軍以金、馬兩營至，復開始攻擊，以朱德、金漢鼎及某三支隊攻擊袁軍之側面為主攻；以王秉鈞、祿國藩兩支隊攻擊敵之正面為助攻。戰線左至大江邊，右至永寧河，綿亙20餘里。袁軍憑險設防，散兵壕有多至三線者。護國軍肉搏戰壕，數次未下；而左翼軍又於3月2日失陷敘府。左翼既失利，中路因休養兵力，重整建制，亦於6日夜半陸續整隊離去納城；總司令行營移住大舟驛；第二梯團移住大舟驛前方30餘里之下層圃，為堅固陣地以防禦溪本道；金支隊移住白節灘打鼓場，由羅佩金指揮；何支隊劉軍舒支隊移住古宋方面，扼守敘州、江安，並相機援敘；朱支隊則重新整頓以待後軍。
護國軍討袁一役，完全可以證明勝利不是僅憑借兵力、財力和武器，只要正義在我，師直為壯，就會獲得最後勝利。蔡鍔的軍隊，食無隔宿之糧，衣不蔽休，唯賴蔡四處馳電告貸，向地方人民高息借貸，過一天算一天，這種戰爭照現代眼光來看根本就不能打，可是蔡等護國元勳卻打得非常出色。
當袁軍大舉入川後，兩軍對峙，戰線長達200里，護國軍以預備隊可以調用的兵力有限，又不敷分配，蔡面對這種惡劣形勢，只好退出瀘州，在納溪與袁軍隔江相對。袁軍熊祥生旅首先回到瀘州，2月21日袁破格封熊為二等男爵以資鼓勵。從2月下旬到3月初旬，護國軍和袁國進行了29天的激烈戰半，袁軍張敬堯的九千兵被護國軍打得只剩了五千兵，嚇得袁軍躲在戰壕裡不敢出擊。護國軍因為餉械兵力都極有限，也不敢過分消耗，因此只能「多張疑兵，以分敵勢。俟有隙可乘，然後分頭擊破之」（蔡給唐的電報所敘）。
護國軍退出瀘州後，軍火更形缺乏，全軍只剩下200發炮彈，蔡急電唐繼堯，請速接濟3000顆炮彈，每枝槍加發300顆子彈，以應前線急需。可是雲南方面無力接濟。不久袁軍的補充部隊第八師王汝賢一旅開到，形勢更見危急，蔡給唐的電報說：「敵能更番休息，我則夜以繼日，敵能源源增加，我則後顧難繼。」
3月7日，川軍劉存厚首先不支潰退，護國軍全線都受到影響，而蔡仍咬緊牙關主張堅守陣地，但是羅佩金、劉存厚等都認為兵士疲睏，彈盡糧絕，無法堅守，終於只好揮淚退出納溪。
袁軍馮玉祥旅首先攻入納溪。馮玉祥本想把他的部隊撤到陝西去，可是還沒有行動，恰遇熊祥生旅奪到了瀘州，於是他這旅由內江開到前線，正趕上護國軍退出納溪，他就乘機攻入。
3月7日袁又破格封馮玉祥為三等男爵，策令中稱讚馮是：「忠勇奮發，極堪嘉獎。」同日，張敬堯得授勳三位加陸軍上將銜，旅長熊祥生、吳佩孚、吳新田都晉級陸軍中將，熊祥生部團長劉湘也得到勳五位和陸軍少將。
這個時期可算是護國軍最黯淡的一個時期，與袁軍攻佔納溪的同時，護國軍右翼軍退出了綦江，廣西方面龍覲光軍攻佔剝隘，湖南方面袁軍周文炳師於3月13日攻佔麻陽。
袁這時收到的儘是捷報，最使他興奮的，是川軍統領楊起元從寧遠來電稱：2月13日他率部偷渡金沙江，夜襲摩魚-，已由江驛過江進抵芝麻口。袁發表命令盛讚他：「出奇制勝，深入滇境，佔領要隘，驍勇絕倫。」授他勳五位。
這是洪憲稱帝后，袁最得意時期，也可說是袁迴光反照時期。
袁軍捷報頻傳，袁皇帝的情緒為之一振，為了鼓勵前方士氣，袁政府採辦了大批鹹牛肉、鹹豬肉、罐頭食品、紹興酒、綵緞、貢綢、金銀用具、時鐘、衣帽、刀劍、古玩字畫、碑貼、相片、磁器等運往前線，分別慰勞將士，對立功將領給以一等至五等榮光寶星勳章，得到勳章的人每年可以領到年俸3000元、2000元、1000元、500元、250元不等。同時發行洪憲元年六厘內國公債以充戰費。
護國軍退出納溪後，袁軍並沒有勇氣進行追擊，因此護國軍只經過了十天的整頓，又於3月17日開始反攻。只在幾天以內，護國軍便勢如破竹地收復了江安、南川、納溪、彭水、綦江等縣。張敬堯抱頭鼠竄地逃回瀘州，張是袁稱帝時代的死黨，替袁最賣力氣，而蹂躪人民最兇惡的正是他的第七師。蔡鍔曾寫信譴責張敬堯說：「帝制未成，先屠百姓，何以為國？足下媚茲一人，已屬罪不容死，況復虐我同胞，人將不食爾肉」
蔡鍔還有公開通電，描繪袁軍的種種暴行：
電一：（上略）逆軍數千據油羅坪，經我軍連日痛擊，漸次潰散，余均伏匿不出。七號夜半，突有油羅坪多數百姓，紛紛渡河，團首保正亦在其中，據其口述：北軍占油羅坪後，於昨午十二時大肆擄掠，裝運財物二十七船，每船能容百人，經三溪向綦江方面進發。又該逆軍大肆姦淫，婦女撲水死者數十人。查油羅坪為四川天險，四周壁立，中現平原，周圍八九十公里。前經張獻忠之亂未遭蹂躪。自前月起，綦江富戶大都遷徙入內，計其財物不下數百萬。乃逆軍形同盜賊，任意擄掠姦淫，應請將其罪狀宣佈全國等語。查此次我軍所到之地，凡其中人民慘遭逆軍種種蹂躪者，莫不泣訴軍前，研訊所獲俘虜，亦供認不諱，且擒逆軍各官長，在其身上搜出袁逆偽諭，縱肆淫掠，證據確鑿，現值軍事孔亟，未可逐一揭布，先請將此通電中外，使眾周知等語。逆狀如是，人道安在？凡我國民，應當怒髮衝冠，速起而誅此獠也。（下略）
電二：（上略）逆軍在川，姦淫擄掠，無惡不作，舉其所目睹者而言，逆軍敗後，其散兵壕內，民間被褥、媛女衣-，狼藉滿地。其遺棄屍骸，戒指、手鐲輝煌滿手。非男非女，怪狀難名。每至回攻緊急，或潰退時，縱火毀燒民房幾成定例。旬日以來，牛背石、雙合場及納溪附郭各處，焚燒民房殆近千家。有時發見偽示，尚謂滇軍縱火，貽害百姓，乞請專款賑恤等語。橫暴之極，濟以貪騙，人民身親目睹，銜之刺骨。故逆軍所至，遷徙一空。其步哨潰兵，常被人民挺擊，舁送本軍。口操北音之人，非十以上不敢徑行鄉鎮。我軍所至，人民舞蹈歡迎，逃匿婦孺相率還家，市廛貿易驟盛。甚至火線以內，常有人民攜-饋食。各屬野老村嫗，大率徹夜諷經，祝滇軍之戰勝。故俘虜供詞曰：天時、地利、人和都為滇軍佔盡，北軍萬無全勝之理等語。天厭凶德，人心大去，理無不亡。特電奉聞，乞為廣佈。（下略）