討逆的軍事行動是6年7月7日開始，12日即告結束，前後一共不過六天，中間還有四天頓兵不進，真刀真槍的戰事只有兩天。
6日，討逆軍西路集中蘆溝橋，東路由廊房開進到黃村，在豐台的辮子軍便陷於腹背受敵的情勢。張勳命令辮子軍把豐台鐵路破壞以阻止討逆軍前進，這一著引起了外交團的抗議，他們根據《辛丑條約》中「京津鐵路行車不得中斷」理由，派遣洋兵保護，修理車軌，恢復通車。這一來，對於辮子軍是很不利的。張勳在抵抗討逆軍時，自知力量薄弱，他只帶了辮軍5000人北上，這個兵力只是用於象徵式和威脅性，一旦正式作戰，就太不夠了。為了掩飾自己的脆弱，只好把非辮子軍打頭陣，辮子軍則押後督戰。7日他派吳長植的一旅和田有望的一團開赴豐台馳援，由辮子軍二營押後。結果吳、田的部隊還沒有到達目的地，就倒戈相向，駐南苑的第十一師李奎元旅和十二師劉佩榮旅也乘勢槍口對著辮子軍，南苑飛機又飛住豐台向辮子軍的陣地投炸彈，同時向清宮的乾清殿和中正殿也投炸彈，在宮中打死了一個人和一隻狗。辮子軍在這種情形下就狼奔豕突地四散逃之夭夭了。十二師師長陳光遠由南苑趕到豐台，東西兩路討逆軍便在豐台會師。由前線潰退的辮子軍都退到北京永定門外，江朝宗下令關閉城門，不許散兵進城，張勳聽了大怒，壓迫江開城放進辮子兵。
這就是討逆軍的第一次戰鬥，不過是小小的接觸，根本沒有大戰，因為在炮火中，火車仍然照開。這次戰爭辮子軍敗在北洋軍對他倒戈相向，所以沒有正式交手就敗下陣來。張勳這時慌了手腳，他趕忙拍電給參加徐州會議的各省軍閥，請求他們實踐諾言，贊助復辟，停止進攻。張的電報說：
「前荷諸公蒞徐會議，首由張志帥（張懷芝）、趙周帥（趙倜）、倪丹帥（倪嗣沖）、李培帥（李厚基）及諸代表揭出復辟宗旨，堅盟要約，各歸獨立。故弟帶隊北上，臨行通電，諄諄以達到會議主旨為言。弟之擔任調人者，以未得京師根本之地。及弟至津京，猶未敢遽揭出本題，蓋以佈置未妥，未敢冒昧從事，故請解散國會，聽李九組織內閣，並請各省取銷獨立，皆所以示天下不疑。及事機已熟，乃取迅雷不及掩耳之計，奏請皇上復位。……乃諸公意存觀望，復電多以事前未商為言。然徐州會議之要約，諸公豈忍寒盟？……同屬北派，何忍同室操戈？……務懇飛速贊成，以踐前約。」
討逆軍不費吹灰之力，一戰而克廊房，再戰而會師豐台，三戰而兵臨北京城下。東路討逆軍總帥段芝貴的捷報稱：「逆軍委棄辮發及鴉片煙槍很多。」廊房之戰其實並未開火，該地防軍為陸軍第十六混成旅，段起用該旅前旅長馮玉祥，廊房遂不戰而下。這時另一位旅長吳佩孚在曹錕手下任第三師第六旅旅長。吳、馮兩人曾在四川與護國軍作戰，現在兩人又參加討逆戰爭。
7月8日，辮子軍奉到張勳的命令，全部退入北京內城，集中於天壇、紫禁城和南河沿張宅三個地區。令步兵統領江朝宗派兵防守各城門，原駐北京城外的第一師第一旅張錫元部就乘勢攻進了朝陽門。這一來北京城內可能爆發巷戰，局勢頓形緊張。北京警察總監吳炳湘乃匆匆地拜會張旅長，要求張旅退出，其理由是北京各城門已經由中立的步軍統領接管。原來自張勳的辮子軍退入內城後，北京變成了三重勢力範圍，駐守內城的是辮子兵，他們仍然懸掛五爪黃龍旗。中間一道是不掛旗的「中立區」，由江朝宗的部隊分駐各城門，江朝宗仍用復辟後的九門提督偽職發出安民佈告。既不稱「中華民國」，又不稱「大清帝國」，佈告的後面還用陰陽兩種歷日。城外則是討逆軍，他們飄揚著五色旗（當時的國旗）。
張勳眼見大勢已去，不由得慌了手腳，他派偽外務大臣梁敦彥到日本公使館要求日使保護「皇上」，不得要領；這時黎元洪還住在日使館，梁見到黎，向黎請罪。張勳又想仿李-、郭汜的故智，縱火焚宮室，挾「幼主」出齊化門「西狩」熱河，當然這也行不通。
這時候北京各城門佈滿了半月形的沙袋，南池子張宅門外架起了機關鎗，市區的商店關門閉戶，老百姓惶惶不安，因為他們恐怕辮兵重施民國2年洗劫南京的一幕，然而這一次張勳卻很聰明，他知道北京的外國人很歷害，所以辮子兵完全不似當年在南京那樣燒殺劫掠，居然不妄取民間一草一木。
討逆軍沒有積極進攻北京，是怕巷戰後讓這座古城毀於炮火，所以段祺瑞打算通過外交途徑來解決一切。7月8日段祺瑞派汪大燮、劉崇傑入城和各國公使接洽，請其轉達張勳，提出了以下的四項停戰條約：（一）取消帝制，（二）解除辮子軍武裝，（三）保全張勳生命，（四）維持清室優待條件。同時派傅良佐、曲同豐入城辦理遣散辮子軍事宜。
各國公使推荷蘭公使為代表，把討逆軍的條件轉達給張勳的偽外交部，力勸張勳接受，並表示各國願意承認張勳為國事犯而加以保護。
張勳眼見大勢已去，乃作了一個如意算盤，他想通過外交關係，率領辮子軍安全地退出北京，回到徐州老巢，同時他和雷震春、張鎮芳聯袂向溥儀提出辭呈，溥儀小傀儡皇帝當然批准，並發表偽諭，以徐世昌組閣，在徐世昌未到京以前，由王士珍代理。這自然也是張勳的主意，可以從張勳的通電中看出：
「復辟一舉，聲氣相求，吾道不孤，凡我同胞各省多預共謀，東海（指徐世昌）、河間（指馮國璋）尤深讚許，信使往返，俱有可征。前者各省督軍聚議徐州，復經寫及，列諸計劃之一。……本日請旨以徐太傅輔政，組織完全內閣，召集國會，議定憲法，以符實行立憲之旨。仔肩既卸，負責有人，當即面陳辭職。其在徐太傅未經蒞京以前，所有一切閣務，統交王聘老（指王士珍）暫行接管。一俟諸事解決之後，即行率隊回徐。」
張勳做夢也想不到，他的復辟美夢竟是曇花一現，而徐州會議時那些「唯大帥馬首是膽」的督軍們，竟然現在用「拖」和「等著瞧」的態度來看他唱獨腳戲。在大勢已去的情形下，他想一走了之。他想學袁世凱，袁當年上演洪憲稱帝，皇帝做不成於是轉回頭要做總統，張勳如今復辟不成，也想回徐州去當大帥。
當段祺瑞通過外交團向張勳提出解決時局的四項辦法後，張卻用四句歌謠來作答覆，他說：「我不離兵，兵不離械，我從何處來，我往何處去。」這時他已忘了那個他所擁立的小皇帝，有人問他怎樣對清室作一個交待，他大聲地說：「我太傻了，人人都很聰明，復辟不是我一個人的主張，也不是我一個人的願望，復辟成功大家享福，如今干垮了拿我一個人受罪。這件事本來和清室不相干，幹成了，小皇帝安坐龍廷，失敗了，我一個人受罪。」
張勳想把北京的事完全推給徐世昌和王士珍，他認為這兩個人，一是北洋派的元老，一是北洋派的重臣，有他們出來負責，北洋派的人心裡會舒服些。同時，他直覺地認為北洋派並不反對復辟，而是反對他一個人包辦，如今他把北京的善後交給徐和王，北洋派的人自不會趕盡殺絕，當然會放他一條生路，讓他回徐州。他確是很痛心，深深感到自己是被一些軍閥們出賣，因此，他覺得不論維持「大清帝國」，或者恢復中華民國，都讓徐世昌之流去搞，自己越早脫離北京這個是非窩為佳。
張勳一再打電報，一再派人到天津來迎接徐「相國」到北京來輔政，當然，徐在這個時候怎還會跳火坑呢！不過他卻有信給清室的「內務府大臣」世續，表示他對清室的關心，信上說：
「復辟一舉，張紹軒以鹵莽滅裂行之。方事之殷，早知元濟。現在外兵四逼，張軍已不能支。目前第一要義，則為保衛聖躬，切不可再見外臣致生意外。……優待一事，自必繼續有效。昌在外已屢設法轉商前途（註：此處指討逆軍），仍當竭力維持，以盡數年之心志。俟京中略為安寧，昌即來京，共圖維繫。」
這時，全國各地一片罵張勳背叛民國，從前參加徐州會議的人也沒有一個出面替張辮帥講話。
7月8日張勳的老朋友，曾做過袁世凱的重要幕僚阮忠樞才有函給徐世昌，請其盡力設法保全張勳的生命財產。阮忠樞的信上說：
「紹軒質直忠勇，饒有血性，惟腦筋太簡單，思想太舊。……今鑄此大錯，其心可佩，其愚可憫。……樞為大局計，為私交計，不得不痛哭乞援於鈞座之前。……務懇垂念二十餘年師生之誼、故舊之情，為之設法保全生命財產。……」
傳說據守天壇的辮子軍有德國指揮官在內，還有說德國駐華公使辛慈與復辟有關，這是因為張勳曾反對對德絕交，而宗社黨的勞乃宣又曾建議溥儀通婚於德皇威廉二世而引起的謠言。
7月9日起，討逆軍聯合近畿的北洋軍，兵臨北京城下。第一師在安定門、廣渠門、朝陽門外，第十三師在西直門外，第十一師的一部分在永定門外，第三師、第十二師的的一部在彰儀門外，第十一、十二兩師的另一部在西苑，對北京採取了大包圍。
復辟的局面是徹底的瓦解，9日奉天的第二十八師師長馮德麟投奔張勳，擁護復辟，眼見情勢不對，想溜之大吉，不料才逃到天津，就在火車站被討逆軍拿獲。10日雷震春、張鎮芳、梁敦彥也自北京逃出，在豐台車站被捕。雷震春和張鎮芳都是袁世凱稱帝時的寵臣，如今參加復辟，時人稱之為「雙料帝制犯」。他們要求打電報給在徐州的倪嗣沖，可是電報也被扣留下來。只有那位善於化裝術，號稱文聖的康有為，拋棄了頭品頂戴，扮成一個古樸鄉下的老農，偷偷地逃過了沿途軍警監視哨，他的財產在戊戌政變時被查封，民國3年發還，這次又被查封了。最可笑的是偽郵傳部副大臣陳毅（前清中興名將陳-之孫）在黃村車站被捕，當地駐軍叫剃頭匠剪去他的辮子，要他具一張甘結，上寫：「具結人陳毅，因參加復辟被捕，蒙恩不究，從此永不參預復辟，如違甘領重究。」寫完才放他回天津，當時報上給他刊了一聯：「不死萬事足，無辮一身輕。」
10日張勳發出一個通電痛斥北洋派人物的背信棄義，出賣朋友，他說：
「變更國體，事關重大，非勳所獨能主持。……去歲徐州歷次會議，馮、段、徐、梁諸公及各督軍，無不有代表在場。即勳此次到津，徐東海、朱省長均極贊助，其餘各督軍亦無違言。芝老雖面未表示，亦未拒絕。勳到京後，復派代表來商，謂只須推倒總統，復辟一事自可商量。勳又密電徵求各方面同意，亦皆許可，密電具在，非可諱言。現既實行，不但馮、段通電反對，即朝夕共謀之陳光遠、王士珍，首先贊成之曹錕、段芝貴等，亦居然抗顏反闕，直逼京畿。翻雲覆雨，出於俄頃，人心如此，實堪浩歎。勳孤忠耿耿，天日可表，雖為群小所賣，而此心至死不懈。但此等鬼蜮行為，不可不佈告天下，鹹使聞知，以免混淆黑白。除將歷次會議紀錄並往返函電彙集刊印分送外，先此電達。」
11日，外國記者到南池子（張大帥公館）去會見張勳，這位闖下滔天大禍的辮子大帥，態度很鎮靜，他向洋記者們從容談話，他說復辟一事不是我獨斷獨行，我只是執行北方各省督軍們的共同主張，馮國璋有親筆信（其實這是胡嗣瑗假冒馮的信）在我手中，而段芝貴和徐樹錚慫恿我，段祺瑞不能說是不知情，我有他們簽名的文件在手，我必要時會公佈的，我決不會向他們投降。
討逆軍雖然把北京城包圍起來，可是總想不戰而勝，盡量避免在北京城內用兵。所以9日至11日，一方面由汪大燮、劉崇傑透過外交團從事和談，另方面敦促王士珍從中奔走，只是張勳的態度很頑強，自恃有北洋派擁戴復辟的文件在手，所以堅不繳械，一定要自己帶辮子兵回徐州。
由於和平解決無望，討逆軍決定攻城，汪大燮和劉崇傑找外交團商談攻城計劃。外交團仍推領袖公使（荷蘭公使）答覆討逆軍，同意攻城時間以12日上午4時至晚上12時為限，大炮只許發放實彈一發，其餘則以空炮威脅辮子軍投降。
討逆軍於是在11日晚間決定了作戰計劃，以第一師進攻朝陽門，攻入城後，即繼續向南河沿的張宅進攻。第八、第十一、第十二各師由永定門、廣安門進攻天壇，第三師由彰儀門進攻天壇及中華門。
12日拂曉，第二師進攻天壇，守天壇的辮子軍約3000人，甫經接觸，就掛起了五色旗表示投降。一小部分不肯投降的辮子軍退往南池子張宅。
討逆軍攻勢開始，一切都很順利，主要原因由於辮子軍完全失去鬥志，討逆軍東路由朝陽門攻進東單牌樓及東安市場，西路由宣武門向北到西華門，殘餘的辮子軍被迫集中到南池子一隅。佔領宣化門的討逆軍，在城樓上架設了大炮，炮口對準天安門和南河沿的張宅。
就在這時候，又傳來辮子軍徐州老巢的消息，張勳手下第一員大將，留守徐州的張文生，率領定武軍六十四營通電投降，不戰而屈。張文生是沛縣人，與豐市的李厚基同為蘇北籍的北洋軍閥。定武軍在徐州投降後，頭上的辮子都完全剪光，他們的投降使得在北京的辮子軍更感絕望。
宣武門的大炮，於12日中午發了一炮，把南河沿的張宅牆頭打了一個大洞，且引起了劇烈的響聲和一片火光。護衛「大帥公館」的辮子兵紛紛棄械剪辮而逃，就在這兵荒馬亂的當兒，又累又氣的「張大帥」，被兩名荷蘭人挾上了汽車，疾馳入荷蘭公使館。北京城內留下的是遍街可見的辮子，因為辮子兵逃亡時，一定要去剪掉辮子才得安全。過去幾天，辮子代表通行證和取物證，代表特權，好似一道靈符，乘車可以不買票，上戲館也不必要戲票，買東西更不需要付錢，調戲婦女也好像很應該，而今則是有了辮子就要遭殃了，所以辮子便毫不留戀地遺棄在街頭巷尾。
這是討逆軍的第二次戰爭，也是最後一戰，辮子軍死了不到100人，其他則是逃之夭夭了。
在討伐張勳的軍事行動中，曾有空軍助戰，這是中國內戰史第一次使用空軍。
轟炸清宮是由段祺瑞的討逆軍派出南苑航空學校校長秦國鏞，駕機在遜清故宮上空盤旋，投下了三顆炸彈。據廢帝溥儀追訴這一次空襲說：
「宮中掉下討逆軍飛機的炸彈，局面就完全變了。磕頭的不來了，上諭沒有了，大多數的議政大臣沒有了影子，紛紛東逃西散，最後只剩下了王士珍和陳寶琛。飛機空襲那天，我正在書房裡和老師們說話，聽見飛機和從來沒有聽見過的爆炸聲，嚇得我渾身發抖，師傅們也面無人色，太妃們的情形更加狼狽，有的躲進臥室的角落裡，有的鑽到桌子底下。這三個炸彈一個落在隆宗門外，炸傷了『二人肩輿』的轎夫一名，一個落在御花園的水池裡，炸壞水池子的一角，第三個落在西長街隆福門的瓦簷上，沒有炸，把聚在那裡賭錢的太監們嚇了半死。」
當清宮被炸後，遺老們怎樣應付這從未遇到過的大難呢？他們把這件事交託溥議的師傅梁鼎芬通過一個日本人名叫含澤的，請求日本駐北京的公使林權助致函段祺瑞的陸軍第十二師師長陳光遠停止轟炸，含澤是用東洋信紙寫的草書信件，信裡說：
「先刻承囑之事，已有林公使函知陳師長注意（此信託由江統領轉交），飛機再不可來攻矣。即頌晚安。名心叩。七日夜。即焚。」冊內又有梁鼎芬的親筆謝函一通，文曰：「昨日暢談，深慰飢渴。又得閣下介紹林公使，飛機一事致書停止，遂得安靜，情深至此，何以為酬。專此奉謝。含澤仁兄大人左右。弟名正頓首。林公使請代致謝為托。」信尾還有含澤寫著「大日本使署，井-大人啟」十字。這兩封信件，為什麼會連在一起呢？原來梁鼎芬還有一個信封，寫著「閱後請飭封還」，就是為著這些秘密函件不願流傳在別人手裡。這兩封信後面，還有陳伯陶的題跋，曰：「此復辟後段祺瑞遣陳光遠攻京師，陳以飛機擲炸彈三枚入宮中，兩太妃大懼，文忠（按：指梁鼎芬，下同）因吁日本林公使致書令停攻，來書所稱陳師長即光遠，復辟後二日授直隸總督，不至。江統領名朝宗，民國初為袁（世凱）所任用，復辟後一日授步軍統領，兼京師稅務監督，越日謝恩入見。末題七日夜即五月十九日也。含澤當為日本人，即文忠托其轉吁林公使者。此事世多不知為文忠計劃，觀此兩紙乃明。往聞忠武（按：指張勳）倉卒復辟，議成，夜告文忠，越晨，文忠往說總統黎元洪，使之退避。及敗，段（祺瑞）出示都中，令軍人勿侵犯皇室，亦文忠遣往解脫之計。復辟僅十日，文忠奔駛籌策，備極憂勞。」