吳佩孚在衡陽撤兵前後，呼籲和平，處處以國家民族利益為重，受到全國的喝采。可是到了直皖戰爭後，他就變成了好戰的軍人，他主張武力統一，和段祺瑞沒有兩樣。自他率軍到了湖北後，湘軍一再表示願意和平，全國也不願見湖北再有戰爭，因此全國各界都有通電，主張停戰。旅津的湘鄂人士黎元洪、熊希齡等均通電勸告曹吳不要迷信武力。梁啟超電吳佩孚說：「勿將安福系之垢衣，取而自披於肩背。」吳佩孚對這些勸告，充耳而不聞。
16日吳又派海軍總司令杜錫-率領建中、江元等艦協助張克瑤、王都慶兩旅，向已經進抵寶塔州、嘉魚一帶的湘軍左翼進攻。
直軍在前線的一切佈置都已妥當後，吳佩孚乃下令派張福來為前敵總指揮，並下令扣留趙恆惕的代表，原來趙的代表鍾才宏和唐義彬看見吳佩孚調兵遣將時就知道事情不妙，乃悄悄地離開湖北，回轉湖南，只留下蕭光義一人在漢口等著見吳。吳翻臉時，指蕭光義捏造假情報欺騙趙恆惕，以致引起湘鄂戰爭，實為罪魁禍首，乃把蕭扣留拘禁。同時吳向湖南提出了兩個反條件：（一）湘軍應完全退出湖北；（二）懲辦製造戰爭的湘軍師長宋鶴庚、魯滌平。至於任命蔣作賓為湖北省長問題，吳表示可以由北京考慮，其餘廢督、自治和賠款等問題都談不到。
趙恆惕獲知吳佩孚翻了臉，大吃一驚，8月19日他到蒲圻召開軍事會議，下級軍官和士兵們推舉代表見趙請求再戰，因此趙於22日又下了攻擊命令。這次戰鬥中，湘軍兵士和軍官們訂立了「生死不退」的誓約，軍官退縮，兵士可以擒而斬之，兵士退縮，軍官可以在陣前執法，旅長以上軍官亦須隨時上火線督戰。
直軍方面吳佩孚也組織了督戰隊隨軍出發，只許前進不許後退。22日湘直兩軍在汀泗橋展開了爭奪戰，湘軍被阻於強烈的炮火網不能前進，這時趙恆惕已上了火車，準備折回長沙，看見戰地情況不妙，乃又跳下火車來組織了敢死隊，每人犒賞了20大洋，冒著炮火衝鋒前進，一鼓作氣奪到了直軍的四挺機關鎗，直軍被湘軍的勇猛攻勢所嚇倒，只好向後退卻。
趙恆惕看見直軍已後退，才重新再上火車回長沙。
23日直軍增援反攻，戰況激烈。24日湘軍再度施威，把直軍壓迫到汀泗橋以北，於是汀泗橋火車站重入湘軍之手。
25日靳雲鶚旅被湘軍包圍，但是戰場上發生了一個意外，由於直軍遺棄了很多槍枝，湘軍紛紛爭奪這些戰利器，於是直軍便乘機反攻，湘軍抵擋不住，向蒲圻和趙李橋敗退。同時湘軍右翼獨立旅旅長易震東忽然率部倒戈，使湘軍右翼發生動搖，逕向通城迅速撤退，易震東是葛豪的表兄，葛豪曾做過吳佩孚的副官，後來加入湘軍，一直升到鐵道警備隊司令，湘軍「援鄂」前，趙恆惕派他去見吳佩孚，探訪吳對湖北問題的態度，吳把葛留了下來。湘鄂戰啟，鐵路警備隊改編為獨立旅，趙恆惕便以葛的表兄擔任獨立旅旅長。
戰場形勢突變，吳佩孚又叫海軍在金口決堤淹湘軍，左翼湘軍因之也不能立足，由-州、嘉魚向臨湘迅速撤退。
趙恆惕在長沙獲知前線戰況不利，乃於26日再趕赴前線，告誡官兵不得再退，並且親自處決了兩個作戰不力的團長。由於統帥的親臨，才使湘軍陣腳穩定了下來。
趙恆惕用全力應付當前的敵人，他把「援桂軍」謝國光部從桂林調回，不過負-湘西的蔡巨猷、陳渠珍各部都調不動，所以比起強大的直軍來，就有小巫見大巫之感。同時，軍火無繼，餉糈困乏，本來湘軍一心想打下武漢，可以從漢陽兵工廠補充彈藥軍械，現在這個計劃落空了，加上湘軍久戰疲勞，和新投入戰鬥的直軍相比不免相形見絀，而吳佩孚陸續調動了海陸軍，源源補充，士飽馬騰。兩者對照，湘軍完全處於劣勢。趙恆惕原來就不太贊成「援鄂」用兵的，他最擔心的，就是可能召致吳佩孚的迎擊，現在不幸而料中了，一切都和他擔心的一樣。他不願見這場軍事賭博失敗，在飢不擇食的情況下，他收容了在廣西不能立足而逃到永州的桂軍沈鴻英部。張輝贊向趙建議，主張解決沈鴻英，改編他的軍隊。可是趙宅心忠厚，認為沈窮而來歸，處決他殊為不義。因此他給沈鴻英以「湖南援鄂自治軍第三軍」的番號，令其火速開赴前線。
同時趙曾電請陳炯明派軍入湘應援，這時桂系已經瓦解，陳炯明為了履行湘粵同盟義務和鞏固西南「聯治派」的聯合陣線，所以把粵軍中的湘籍部隊編為「援湘軍」，派洪兆麟為總指揮，即日赴援。
可是，時間已來不及了，8月28日杜錫-率領軍艦七艘，運載北洋軍第四十八混成旅、山東第一混成旅、湖北第四混成旅和第十二混成團，緊緊尾隨在日本軍艦的後面，由螺山向岳州上駛。湖南既無海軍，江防又很薄弱，又不敢隨便開炮，怕誤傷日本兵艦，北方軍艦遂得順利通過洞庭湖而抵岳陽樓下。
28日下午4時，北方的海軍炮轟岳州城，岳州方面守軍只有第二混成旅兩連，無力抵抗。而湘軍統帥趙恆惕正在岳州，由於南津港橋樑被海軍炮火所轟毀，火車不能通行，趙恆惕乃乘轎出走。岳州一潰，整個前線的湘軍就像潮水一般潰了下來。
趙恆惕由岳州繞道平江向南退走，於30日回到長沙。這時長沙已陷於兵荒馬亂中，醫院裡住滿了缺肢斷臂的傷兵，街頭巷尾則是敗兵和從醫院出來的傷兵。敗兵們和傷兵們曾衝入趙的總部，趙的勳章和軍帽都不翼而飛。警察們因欠餉而罷崗。各學校和商會都被軍隊借駐。而前方還不斷有敗兵退回來，一路上搶吃搶錢，農村城鎮都遭洗劫，耕牛雞鴨和豬羊都被宰食。
更使趙恆惕痛心的，是江西督軍陳光遠，他一向對湖南都陪著笑臉，現在則乘火打劫，派蕭安國一旅侵入醴陵，使得長沙岌岌可危。所幸沈鴻英部及時趕到，趙恆惕令沈率部開往瀏陽、醴陵一帶防堵。
由於長沙已受威脅，趙恆惕決定退守湘西，他回到長沙後即部署撤退到湘西的軍事行動。可是就在他回長沙的第二天，駐長沙的英國領事突來訪趙，願意擔任「調人」。趙猶豫間，英國領事主張由他陪趙乘坐停泊長沙的英艦「美格諾裡亞」號到岳州去和吳佩孚面對面談判。
原來，吳這時雖在軍事上佔了上風，可是本身的顧慮也非常之多，一方面奉系的壓力加大，一方面川軍已出軍援湘，一支奇兵開到了宜昌，還有陝西問題也牽制了直系部分兵力，這些情況在長沙的趙恆惕並不知道。而吳佩孚面對當前局勢，希望早日結束和湘軍戰爭，所以暗中請英國領事出面作和事佬，敦促趙恆惕到岳州來和吳佩孚見面，同時簽訂湘直停戰條約。吳佩孚是想終止了湘直戰爭，反過來利用湖南為南北雙方的軍事緩衝地帶，這樣他才能騰出力量來搶救鄂西，解除四面受敵的嚴重危機。吳佩孚向英國領事保證，只要趙恆惕願意親赴軍前談和，直軍便保證不進攻長沙，並且維持趙恆惕的地位。
9月1日趙乘英艦到岳州，吳佩孚已乘江貞艦先抵。英艦停泊江中，英領事陪同趙恆惕乘小艇到吳的座艦拜訪，兩位老友還是第一次見面，相見歡洽。吳用興奮的口吻對趙表示傾慕之忱，希望兩人友誼不要因這場戰爭而受到傷害。同時請趙放心，直軍決不侵犯湖南，更不會進佔長沙。
吳趙這次會晤，傳說兩人正親切的談話時，後艙裡忽然跳出一個長臉的漢子，揪著趙的胳膊大叫：「好！今天真要和你算帳，你為什麼無端端要侵犯湖北。」趙嚇了一跳，回頭一看，原來是日本士官的老同學孫傳芳，吳從旁替趙解圍說：「馨遠（孫傳芳），過去的事不須談了，湘鄂戰爭的戎首是宋魯兩人，不要錯怪炎午（趙恆惕）。」其實這是不確的，吳治軍很嚴，吳趙會談，吳的部下怎敢隨便闖進來。
兩人扃門會議了一小時，吳提出湖南取消自治，懲辦宋鶴庚、魯滌平等禍首。趙堅決不同意。吳又提出直軍駐防岳州，在這個問題上雙方爭論多時，趙只答應劃岳州為不設防城市，雙方都不駐兵，吳也不肯同意。
最後，趙終於接受了讓出岳州的停戰條約九款。包括雙方以汩羅江為界，直軍撤至黃街、長東街，湘軍撤至湘陽白水，湘東、鄂西各軍撤回原防，武長、株萍兩路及江西交通一律恢復等。
湘直停戰條約簽訂後，吳當天回到漢口部署鄂西軍事，趙也回到長沙處理軍事善後問題。趙一連接到陳炯明打來九個「百萬火急」電報，詢問前方戰爭情況，由於湘直停戰條約成立，粵軍援湘部隊遂停止出發。
後來有人檢討這場戰爭，認為是王占元上了趙恆惕的當，趙恆惕又上了吳佩孚的當，不過這也不完全對，趙在湖南當時力圖推行「自治」，湖北人反對王占元，求助於趙，趙一再猶豫，有人且責趙因為猶豫而失去一舉攻佔湖北的機會，所以王占元上趙恆惕的當是不正確的。趙援鄂不是完全基於野心，當時趙也沒有吞吃湖北的野心，只是想援助鄂人治鄂，湘鄂一家而已。至於吳佩孚，他雖然對王占元不滿意，可是王究竟還是直系，他已成為「新直系」的領袖，豈能坐視湖北落入兩湖人之手唱自治。所以他當然要率兵入鄂的。
吳佩孚解除了湖南的正面戰爭後，就回師全力對付已經進入鄂西的川軍。
原來四川方面由於內部不統一，也需要向外發展以消弭內爭，所以組成了「四川援鄂軍」，推劉湘為總司令兼第一路總指揮，但懋辛為副總司令兼第二路總指揮。劉湘本是川軍第三軍長，但懋辛是第一軍軍長，熊克武下台後，劉湘繼任四川總司令兼省長，可是但懋辛是熊克武系，所以第一二兩軍暗中頗為緊張，「援鄂」就是為了和緩這種緊張。
「四川援鄂軍」由川軍第一二兩軍各抽調若干混合組成，派湖北籍將領潘正道為前敵總司令。
川軍「援鄂」並未公開宣佈。
川軍沿長江順流而下，於8月18日佔領巴東、秭歸後，分兵為三路，一路沿長江進攻宜昌，一路由長江北岸進攻當陽，一路由長江南岸進攻宜都。總目標是包圍宜昌。
9月2日川軍到達宜昌南岸，守宜昌的第十八師長盧金山、第十八混成旅旅長趙榮華都抵擋不住，急電向吳佩孚請援。吳對湘軍採取了速戰速決（水淹七軍）的方針，和炮打岳州城的手段，並由英領事出面拉攏，解決了湖南的壓力，於是騰出手對付川軍，當湘直停戰約成之日，正是川軍兵臨宜昌城下之時，可惜趙恆惕完全不知道川軍的行動，如果知道，不只不會被迫簽訂城下之盟，也不會到岳州來乞和，自當調兵遣將與川軍呼應，夾攻直軍。
宜昌是長江上游一個重要的城市，英、美、日等國都有軍艦駐宜昌水面，各國也有領館在宜昌城內。川軍包圍宜昌後，英、美、日三國軍艦上的水兵便以護僑為名，在宜昌登陸，而三國領事也出面調停川直戰爭，他們於9月5日前往夔州向川軍代理第一路總指揮唐式遵接洽停戰條件。
就在三國出面調解時，吳佩孚乃迅速調派第三師第一團，和王承斌的二十三師一部，張福來的二十四師一部以及王汝賢的第八師全部不分晝夜，開赴宜昌應援。
9月6日川軍因談判破裂再攻宜昌。直軍堅守。
14日吳佩孚偕杜錫-乘坐楚泰艦趕到。16日川軍北路越過東山寺，吳佩孚親在前線督戰，奮力擊退了川軍，可是川軍南路又進抵磨盤山，宜昌岌岌可危。18日吳在長江北岸大梁山、二梁山架炮轟擊南岸川軍，這支川軍被迫退往朱家坪，北岸川軍也退往南津關。從18到27日，吳在海軍協助下先後佔領南津關、平善壩、南沱溪，10月上旬又佔領秭歸、巴東、興山。
鄂西戰爭打了一個多月，川軍來勢極兇猛，從9月10日到22日，佔領長江兩岸的險要地帶，北路攻下當陽，南路攻下長陽，宜昌有隨時被攻陷的可能，這一次吳佩孚又順利地轉敗為勝，因為英、美、日三國出面調停，川軍猶豫不前，吳則借這個時間增兵馳援，加上海軍的協助，終於擊退了川軍。
可是川軍雖敗，吳則沒有力量銜尾窮追，因為四川易守難攻，何況吳佩孚還要應付奉系和孫中山的北伐，所以遂與川軍言和，條件只是川軍退出鄂西一項。
吳佩孚把應付川軍的責任交給孫傳芳，對付湖南的責任交給張福來。
吳佩孚一生這是最得意的時候，「東征西討」，得心應手。
早在湘軍「援鄂」前，6月4日浙江督軍盧永祥曾建議召開各省聯席會議，推進自治運動，西南各省都表贊同，盧曾電請趙恆惕主持這個會議，趙很謙虛，他覺得自己聲望不夠高，不肯出面主持。
湘軍驅王前後，趙曾派了代表多人分途到西南各省活動，打算在武漢攻下後，就在漢口召開各省聯席會議，討論組織聯省自治政府，陳炯明和滇川黔三省當局都表贊同。
趙的代表還分途到了浙江、陝西、江西等省，皖系的盧永祥、陳樹藩一致表示同意。陳樹藩這時已離開了西安，可是手中還有兵，願意由陝南出兵到湖北，與湘軍在武漢會師。
最令人不懂的是直系的江西督軍陳光遠，也在湖南徵求各省同意自治的名單上簽了名，並向湖南代表胡瑛表示：湘軍「援鄂」並不影響湘贛聯防條約。原來陳光遠討好湖南是怕孫中山的北伐軍出兵江西，又怕李烈鈞進攻江西。後來吳佩孚擊退湘軍後，陳光遠又翻了臉，對湖南出兵乘火打劫。
8月11日趙通電全國建議召開國民大會，討論省自治和聯省自治的問題。趙原意召開「各省聯席會議」，後來有人建議趙，要能使吳佩孚同意，不如改換一個名稱。早在吳佩孚駐軍衡陽時，曾與廣東軍政府和湘桂兩軍成立秘密協定，擬在打倒安福政權後，即召開國民大會，通過恢復法統，取消南北兩政府，另行組織全國統一的「合法政府」。直皖戰爭後，安福政權垮台，吳遂公開提出召開國民大會，但被張作霖猛烈反對，因此吳的建議落空，放了一個空心炮，耿耿於懷。此時趙若根據吳的舊案，加入新的內容，建議在漢口召開國民大會，通過省自治法，取消南北兩政府，另行組織全國統一的聯省自治政府，吳佩孚也許會同意的。這是趙等的如意算盤。
趙的建議，和吳佩孚武力統一的野心，完全背道而馳，也和盧永祥的提議不是一條路，因為盧的打算是反直系的。
吳反對自治是堅決的，這可以從他給劉湘的一封信中看出，他說：
「湘為自治之濫觴，籌備期年，治績何若？以言裁兵，軍隊林立；以言財政，庫空如洗；環顧三湘七澤，百姓流離，遍覽衡、岳、洞庭，河山破碎。竟猶不知懺悔，乃假援鄂自治之名，甘為戎首。……若雲聯省，更深駭異。今雖南北分裂，而商賈之貿易如故，人民之交往如故，熙熙攘攘固猶是一國之民。昔美利堅行聯省之制，乃由分而合，今我國倡聯省之說，乃由合而分。流弊所及，直不啻舉二十一行省裂為二十一國，瓜分豆剖，恐不在強鄰而在蕭牆之內也。」
吳曾揚言：「有我吳佩孚在，決不允許聯省自治政府成立！」
關於湘軍援鄂，茲抄錄趙恆惕先生的訪問錄如下：
「直系王占元主鄂政有年，日事聚斂，所部軍隊復兵變迭起。當聯省自治運動盛行之際，鄂人乃圖驅逐占元自治，而苦無兵力，於是推李書城、蔣作賓、何成浚、孔庚乞援於湘、川兩省以達其目的。
湖南既倡導省治於先，與湖北又有唇齒之誼，故慨允出兵相助。李、蔣等人並公佈湖北省自治臨時約法一件，舉蔣作賓為總監，孔庚領自治軍，而以留湘數年之夏斗寅部鄂軍為先鋒，湘省則遣宋鶴庚第一師為援軍主力。余曾躬赴前線視師。
援鄂之役開始於十年七月下旬。湘軍士氣猛銳，連克要隘，羊樓司一役尤激烈。孫傳芳部連敗，王占元終遭免職。北方改派吳佩孚統大軍來援，於是情勢改變。
我軍與吳軍相峙於汀泗橋，迨吳遣海軍攻岳州，我軍後路頓受威脅，不得不撤退，岳州遂為北軍所陷。四川熊克武曾約出兵援鄂，唯以聯絡不靈，當時川、湘雙方軍隊均無電訊設備，乃無從配合作戰。
湘軍潰敗之餘，兵心渙敗，軍紀無法維持。如吳軍追擊，則長沙亦難固守。當時外界情況亦不甚明瞭，余乃決計冒險親訪吳佩孚於其停泊岳州之軍艦上。以湖南民心，大局形勢，向吳明曉利害，而吳亦方有事於北方，遂以此結好湘人，和議得以達成。正式停職，為九月一日。余與吳佩孚直接談判之條件，則為北軍暫駐岳州而已。……」