第二次直奉戰爭發生了一件驚天動地的事，就是馮玉祥倒戈，使直軍慘敗。細說馮的倒戈，不能不回溯第一次直奉戰爭。
第一次直奉戰爭，馮玉祥有不少的貢獻，因為他率軍從陝西向河南急進，有助於解決趙倜，論功行賞，他坐上了河南督軍的寶座。然而他一入開封，就解決了寶德全。寶德全是趙倜下面的師長，暗中接受吳佩孚的命令，維持開封的治安。吳令寶幫辦河南軍務。吳佩孚聽到寶被殺的消息，極為震動，對馮大感不滿，因此撤了馮的河南督軍職務。馮聽到這個消息，就找張紹曾和張廷鍔想辦法，兩張當時對馮印象不錯。很想替馮緩頰，但知道吳在盛怒中極難轉圜，遂聯合拍電向曹陳情，曹乃打電報給吳著馮玉祥晉京。馮入京後，曹遂發表馮為陸軍檢閱使，仍兼十一師師長，馮雖失了河南督軍，卻換了一個檢閱使，總算不錯了。
曹錕賄選前，要先迫黎元洪下台。擁曹派中積極分子遂由馮玉祥打第一陣，向黎元洪索討軍餉，陸軍軍官天天包圍總統府，包圍國務院，黎的離去主要是受不了軍隊逼宮，而軍隊的主使者就是馮玉祥。
所以有人說曹錕賄選的三大功臣，一是馮玉祥，二是王承斌，三是吳景濂。
曹錕就任總統後，馮以功高漸露不遜的態度。當時國務總理尚未產生，國務院秘書長張廷鍔擔任府院之間聯繫。農曆年後還沒有過元宵節，一天馮玉祥找到張廷鍔，他就：「直卿（張廷鍔的字）大哥，請陪我去見總統。」張廷鍔以為他是禮貌上的晉謁，就陪了去見曹。怎知見到曹後，馮鄭而重之地說：「初一這天，總統府的衛隊把士兵打了，總統知不知道？如果總統知而不辦，是總統護短；如果總統不知道，是被人蒙蔽。」馮這話一說，張廷鍔吃了一驚，這豈是一個軍人對總統講話的態度。曹錕雖是布販出身，究竟幹了不少的重要職務，見過的世面不為不廣，何況現在已是總統，他在馮報告時本是和藹可親，待馮的話說完，他眼睛一睜，端正而坐向馮說：「煥章，初一總統衛隊把士兵打了，你們身為高級長官，為何不徹底追究懲辦肇事的不良分子，我是總統，這種小事情還要我來處理嗎？我幾時對你們說情維護過總統府的衛隊？」馮碰了一個大釘子，為之啞口無言，張廷鍔只好打圓場說：「總統的指示我們立刻去辦，煥章是總統的部下，對總統就像對父親一樣，言語可能過激，請總統原宥。」由此可見馮的態度是相當桀驁。
四照堂點將後，馮玉祥便另有用心。他要求先發餉後才能開拔，吳聽了大為震怒，吳說：「兵臨城下，難道不發餉就不能打仗？王懋宣（王懷慶，十三師長，討逆軍第二軍總司令）並沒有來要餉呀！」馮部還要求多撥車輛，吳允撥40輛。馮玉祥則採用步步為營的策略，自北京至前線拉成一條塔形長線，前方只有疏疏落落的幾個斥候兵，愈到後方兵力愈厚。
事實上，馮玉祥已暗中和奉張有了秘密聯繫，奉軍因為已暗中搭上馮玉祥，因此軍事上並不如何積極。自9月4日響應浙盧通電「率兵入關」後，至9月15日始向朝陽方面進迫，守朝陽這一方面的直軍是王懷慶部，還有毅軍的米振標部為輔。奉軍攻入朝陽後亦未疾進。
至於直軍方面，第一路出山海關的，為直軍主力，彭壽莘、董政國、王維城都是吳佩孚手下的大將。第二路王懷慶部是三路中最弱一環。第三路出古北口，由馮部張之江、李鳴鐘、鹿鍾麟等擔任。孫岳代理京畿警備總司令，曹銳為軍需總監。
第二次直奉戰爭，雖然雙方各出動20餘萬大軍，可是戰場上的戰鬥並不激烈，因為奉張已和馮玉祥暗通聲氣，而馮玉祥則拖延軍機，坐待時間。當吳佩孚在北京坐鎮時，馮玉祥自然不敢動手，只派劉汝明等暗中調查吳軍開赴前線的確實數字，以待吳軍全部調往前線。
朝陽失陷後，吳佩孚把第二路軍前敵總指揮劉富有和副總指揮龔漢治撤換，派陶經武為前敵總指揮，張林為副總指揮，劉富有的獨立旅長亦撤除，改以崔維藩繼任。
奉軍始終采攻勢，不斷派飛機向山海關投彈，直軍則奉令採守勢。吳佩孚的錦囊妙計是暗調渤海艦隊集中秦皇島，用海軍進攻葫蘆島，另以奇兵繞海道由營口登陸直搗瀋陽。所以他安坐北京城內，在四照堂從容不迫，飲酒賦詩。
然而前方軍情並不利於直軍，加以曹錕左右嬖倖，對於吳佩孚在京，有芒刺在背之感，所以慫恿曹錕催促吳上前線指揮軍事。曹的左右說：「如果在北京城內做總司令，誰也會做啊！」
逼使吳佩孚上前線，當然不是曹錕下面的反吳派，而是前線戰況的不利，加上海軍突襲的計劃受了阻礙，吳所料不到的，是渤海司令溫樹德並不太為吳賣力。於是吳派討逆軍副總司令王承斌於10月3日率後路援軍馳抵古北口，代行總司令職權，以對抗來攻的奉軍李景林部。然而這一遭吳又錯了，因為王承斌實際早和馮玉祥暗中聯結，他已參加倒吳派，自然不會在前線打硬仗了。
首先倒戈的直軍是把守九門口的第十三混成旅旅長馮玉榮，他所部不戰而退。吳佩孚這才於10月11日晚9時，乘坐討逆軍總司令專車，由北京正陽門出發，直馳山海關。討逆軍總部人員隨行，還有外國觀戰武官和新聞記者100餘人隨車前往，聲勢之浩大，在民國初年內戰場面中，是絕無僅有的一次。
當吳佩孚上前線時，也正是北京城內謠言滿天飛的時候，前方戰報多不利於直軍，有傳第一軍司令彭壽莘陣亡，有傳某軍嘩變，可是這都是不可靠的消息。
13年10月12日上午4時半，吳佩孚的專車抵達山海關，停靠於長城牆傍，吳佩孚即率幕僚和衛兵急馳前線，登長城視察戰況。這時直奉兩軍激烈鏖戰，隆隆大炮震動大地，硝煙冉冉上升。
吳佩孚上前線的消息，遍傳直軍，對軍心士氣有極大的鼓舞，而通奉的馮玉榮聽說吳已到達前線，遂畏罪自殺。吳遂直接調遣十三混成旅，另築陣地穩住了陣腳。
討逆軍總部在吳親赴前線後，遂設於吳的專車上。吳總部的直屬部隊則張營帳於車站內。吳每天早起偕同參謀長以下僚屬四出視察，有時則乘坐渤海艦隊司令官溫樹德所率領之旗艦游弋海上，指揮海軍炮擊葫蘆島。只是因為海軍不夠配合，所以不能收奇襲之效。於是改變作戰計劃，傾其全力對付奉軍右翼，令後援軍總司令張福來率重兵恢復狹隘的九門口，張福來軍經過激烈戰爭，使榆關的戰況漸趨有利。
奉軍在秦皇島上空展開空襲，奉軍飛機四架、七架的編隊，不斷盤旋轟炸，但損害並不嚴重。奉軍之所以向秦皇島空襲，因為秦皇島是直方的海軍集中地，當時在秦皇島海面停泊了不少艦隊，計有直軍的渤海艦隊六艘及運送海陸軍的運輸船20餘艘，此外還有外國軍艦20餘艘，舷舵相望，桅檣林立。岸上則大軍雲集，往來緊張。
吳在前線督戰時，對於馮玉祥的行動頗為注意。馮本人在懷柔按兵不動，有坐觀成敗之勢，吳命參謀長張方嚴電催各軍急赴前線，張給馮玉祥一電，為了加強語氣所以在電文後加了一句：「大局轉危為安賴斯一舉。」這本來是普通的加強語氣句子，可是在微妙的時候，這句話就有了問題。馮玉祥雖然已和奉張暗通款曲，但他確有坐觀成敗之意，他要看直軍有了敗兆才敢動手。吳上前線後，馮是猶豫的，他怕吳在前線打了勝仗，他一發動，吳率師回京平亂，他就完了。所以他在待機而動，所得情報來自直軍總部的，是勝利在望；來自日方的，則謂直軍不利，前線危急。當他收到吳的參謀長來電催促進兵時，他認為直軍失敗的可能性增大了，因此乃下了決心「倒戈」。移後方作前方向北京回師，在吳佩孚後方放了一把火。
13年10月23日的傍晚馮玉祥率軍退出陣線，回師北京，直奉戰場形勢大為改變。
24日晨，吳佩孚尚不知後方突變，他好整以暇地率僚屬赴九門口督戰，直軍前線士氣轉旺，奉軍攻勢曾受阻遏，戰局頗有轉機。中午時分，吳佩孚的日籍顧問岡野增次郎先後接到來自北京和天津打來的最緊急電報，內容大同小異，均言「討逆軍第三軍司令馮玉祥等於二十三日下午六時退出戰場，未經槍戰即攻入北京，發動政變，曹錕總統已失自由，北京情況不明，醞釀巨變。」電報中所列參加政變人士均為直系巨頭，包括馮玉祥、王承斌、王懷慶、胡景翼、孫岳等。
岡野增次郎接到這些電報，立即往見吳的紅人、總部政務處長白堅武，把電報給白看。當時情報非常混亂，謠言滿天飛，所以白堅武見到這幾份電報，頗為懷疑。他認為馮玉祥叛變是可能的，但是叛變的陣容如此大，而且這些人各有各的背景和打算，似乎不可能結合在一起，因此判斷這些情報靠不住。白堅武的政治警覺性實在不夠高，岡野見白堅持己見，所以也不和白爭辯。
吳佩孚從戰線上回到秦皇島總部，岡野乃把這些電報呈請吳核閱，同時註明某電是日本公使館所發，某電是北京日本守備隊所發，某電是日本天津駐屯軍司令部的公報，因此可靠性非常確實。
當時，北洋軍閥多有日籍顧問，即以直奉二系而論，張作霖有日本顧問，吳佩孚也有日本顧問，直奉軍雖然作戰，顧問與顧問間有聯繫，顧問與日本公使館和軍方有聯繫，而日本公使館又與各地的使館有聯繫，這一來，日本人對中國各地以及大軍閥動態均瞭若指掌。他們押注不在一方，敵對雙方均有連絡。其實張作霖也好，吳佩孚也好，民族觀念均極強，不完全受日人挾持，可是日本人為了他的既得利益，必需和中國實力派有所勾結。
當吳佩孚看到岡野的電報，他立刻相信有這種可能，因為他對馮玉祥並不信任。據說，他當時對岡野和他的幕僚說：
「這件事也可以說是在我意料之中，因為這次出兵前老馮曾向我要求，待平定奉系後，派他為東三省巡閱使以繼張作霖之缺，我告訴他：東北和日本有特殊關係，我們對日外交很微妙，所以東三省巡閱使的任命，不能漠視日本的動向。你一向被認為親美派，最招日人之忌，因此去東北很不相宜，不過對酬答足下的戰功，國家有的是名位，我一定會考慮其他職務的，而且必令你滿意。我這番話也是腑肺之言，可能馮因未達目的，遂暗通敵人。其實他向我索軍費，我已發十萬，後來又增至十五萬元，他才勉強奉命，率兵開赴古北口。很多人向我建議，免除馮的第三路軍司令以除後患，總統居中替馮說情，免馮計劃遂沒有進行。當馮到古北口前線，又借口敵人優勢，要求增撥步槍彈百萬發，我對馮更不放心，所以不發給他。近數日我在總部中，晚晚不能入睡，輾轉反側，右轉則思及處置張作霖之法，左轉則念及馮玉祥之可能背叛，現在不幸而料中，想到當日撥馮戰費十五萬元，實在太划不來了。」
吳感喟地把岡野的三通電報扔在公案上，他當時還很鎮靜，要求大家對這個事變保守秘密，以免前線軍心搖動。
這時吳的處境是屋漏更遭連夜雨，先一天日本天津駐屯軍司令官吉岡顯作曾發通告，不許直軍總退卻時使用秦皇島碼頭，這個通告也在同時到達吳的手中，這是吳軍退卻唯一可用的碼頭，日本人則落井下石。
同一時間，奉軍張宗昌的前鋒是日人永騎兵少佐所率黑龍江騎兵大隊已南下灤河流域，切斷了直軍後路。吳軍腹背受敵，走海路又不能使用唯一的碼頭，情勢真是危急萬分。
25日晨，吳佩孚率領高級參謀人員赴九門口前線督戰，過了中午回到總部，立即召集緊急軍事會議於總司令室，各高級將領均出席，吳以沉痛的態度，宣佈北京兵變及總部退卻計劃。
當天下午6時，先運兵3000南下，總司令部列車則於下午8時離秦皇島。前線軍事全部分為三大防禦線，秦皇島一線由張福來負責，昌黎一線由彭壽莘負責，灤州一線由靳雲鶚負責。吳自己乘總部專車帶了一團衛隊，星夜疾馳南返。拖著沉重的心情和疲累的身體，一夜未眠。10月26日上午11時，列車到達天津。
直軍在前線防禦工事做得還不壞，有掩蓋鋼板為大炮不能攻毀之堅固戰壕五道，可以堅守，至少可以擋住奉軍一個時間。可是奉方把握機會發動心理戰，派遣大批飛機在直軍陣地空投傳單，傳單上是北京政變的消息，包括馮玉祥、孫岳、胡景翼的通電，要求停戰和懲辦戰首。另一部分則是奉軍勸降的消息，強調直軍歸路已斷，主帥已逃，唯有投降才有生路。
直軍戰壕中遍處都是奉方的傳單，直軍半信半疑，軍心為之搖動。
吳佩孚素所瞧不起的張宗昌，這時成為戰場上的「驕兒」，他所率領的部隊如果在今天，就很時髦了，可稱之為「外籍兵團」，包括有已改入中國籍的白俄軍，以及日本、朝鮮、法國軍人，據說這些「洋兵」均曾參與歐戰，精嫻新式戰術，善戰而無軍紀。張作霖把張宗昌放在最前線，本來是讓他作炮灰，想不到卻成全了他。他率領這支游雜軍共16000人突破直軍防線，26日吳佩孚率軍回師後，張宗昌即擊破直軍董政國所率的第九、第二十兩師，攻入冷口，27日張軍入建昌營，和倒戈的直軍胡景翼部聯絡，追董政國於灤州。10月27日張宗昌、胡景翼部佔領灤州，把直軍截成兩段，一面南下和榆關奉軍圍迫秦皇島及山海關的直軍，另分兵追擊董政國潰部之後而攻唐山。切斷榆、津間交通，張福來敗退。
與此同時，奉軍吳光新部據海陽，炮擊秦皇島，張學良又從長城低處衝入，加上張宗昌部由灤州南下，直軍便在奉軍四面炮火包圍中。
10月30日奉軍三路攻佔秦皇島、山海關。直軍一部乘輪迴塘沽，二萬餘軍被繳械。關外直軍紛紛逃離戰線，麇集車站，這時火車已不能開動，散兵逃向秦皇島，秦皇島已失陷，軍械糧食遍地堆集，奉軍一方面收繳直軍軍械，一方面清點戰利品，收穫極為豐碩。
10月31日，自山海關至唐山一帶的直軍已全失抵抗能力，奉軍各路連接，大隊長驅入關，以吳光新的騎兵為先鋒，自古冶而蘆台，向塘沽疾進，和在北京方面的馮玉祥、胡景翼軍相呼應，直軍幾乎全部陷於奉軍和馮、胡兩軍的大包圍中。
11月4日奉軍佔領塘沽，吳佩孚已於先一天率殘部乘艦駛離塘沽，這時直軍抵抗已全部中止。5日張宗昌、吳光新兩部先入天津，奉軍大隊亦紛紛抵達，在天津的直軍殘餘部隊全被繳械。第二次直奉戰爭遂告結束。
第二次直奉戰爭，由醞釀到接戰到結束，前後兩個月，直軍敗得太慘，這是吳佩孚做夢也想不到的。
第二次直奉戰爭，直軍徹底垮台，當然致命的因素是由於馮玉祥、胡景翼和孫岳倒戈回師，吳軍在前線不及回師，腹背受敵。可是直軍也有許多不及奉軍的地方，據參觀山海關戰線的外國軍官的綜合意見，認為：
（一）奉張作戰純采新式，吳佩孚則仍用舊式戰法。
（二）後勤方面，奉軍早有準備，糧草無缺，裝備齊全；直軍則臨時採購，軍費又極費周章。
（三）奉軍迫擊炮極多，用高弧線的瞄準法，成三角形而直入直軍戰壕。
（四）奉軍所用飛機翱翔空中，均為新式，機槍和大炮均系新從俄、德兩國購買，直軍的武器則多系中國漢陽兵工廠所制。
（五）當直軍敗退時，吳佩孚所招募之少年軍，竟在陣後掘小戰壕，用炮轟擊退卻之直軍，故直軍傷亡極大。（六）奉軍人人耐寒，棉衣被囊一應齊全，直軍裝備欠缺，且不能忍凍。
這些當然是從軍事觀點分析，不過吳佩孚本身也有招敗之處：第一，吳雖然對政治有興趣，但他並不懂政治，對外一味樹敵，促成奉、皖、馮與西南的大聯合。其實以他當時聲望、名譽和力量，他可以和各方攜手，同時也可以分化其他勢力，為什麼要驅迫這些力量集合在一塊。在直系內部，他雖然代表正直的一面，可是太盛氣凌人，促成高級幹部離心離德。他常自比關羽，在缺乏政治手腕這方面他倒確是很像關羽。第二，這次對奉用兵，在戰略上他也有錯誤。吳的特長是閃電戰，後防空虛，勝則追奔逐北，敗則退無所據。當曹打限時即刻到的電報命吳回師靖難時，吳因為前方戰火正緊，勝敗決於俄頃，不忍功虧一簣。他認為馮雖然倒戈，其他的人不致和馮一致，還想讓孫岳等部先去擋一仗，同時急電魯督鄭士琦派兵應戰，那知鄭早與皖系通款，山東方面只有混成旅長潘鴻鈞自動赴援，潘是吳的同鄉，所以義不容辭，可是這點力量毫無幫助，結果全都被馮部包圍繳械。
當時有倒吳不倒曹的口號，吳也微有所聞，他想曹錕是個老好先生，大概別人不會向曹下毒手。所以當曹一日數電，聲嘶力竭地召喚他時，他還以為曹可以下令制止馮軍異動。但當他證實馮與胡景翼、孫岳、王承斌等已聯為一氣，才倉皇回軍，火車一夜疾馳七百里，趕返天津。留下前方軍事交給有勇無謀的張福來。然而，這一切既太遲，又無壯士斷腕的決心。
直軍崩潰的時候，京津方面許多軍政元老均紛紛奔走和平，希望地方不至於糜爛。如前國務總理張紹曾就是一個，他於馮玉祥有恩，又是吳佩孚的親家，他出面可以兩全，可是他的奔走毫無結果。北洋派元老王士珍和直隸道尹吳履觀主張外交調停，於10月31日往訪日本駐天津總領事吉田茂，轉請日本政府向奉天交涉停戰。吉田認為：
「目前戰局甚緊，馮、胡軍隊南下在即，未知吳佩孚將軍對此危機有無防禦之策，這是本人所最關心的。至於調停兩方戰事，時間因素有問題，因為用電報連絡，先要打電報到北京，由公使館轉東京，東京同意了再回電，往來費時不下三、四日，緩不濟急，恐無補大局。我昨天曾和安福系領袖王揖唐商量，王主張吳佩孚能擁戴段祺瑞出山，以實力支持，解救目前局勢。」
王士珍、吳履觀對吉田的意見認為可以考慮，遂約第二天中午在天津日本租界敷島亭再見，吉田表示分電北京、奉天及東京，進行調處停戰，並約定11月2日下午5時拜訪吳佩孚於天津站列車中之吳氏總部。吉、吳兩人問答如下：
吉田說：「今日時局之重大迫切，有間不容髮之勢。調停直奉之道，莫便於請段祺瑞之援助。中國之事應由中國人自理，不可使外國勢力參入。余基於此信念，今朝偕王揖唐親訪段氏，以段與君合作為今日收拾時局最穩當有利之方法說之。余想段氏與吳將軍本有師生之誼，吳將軍為國家前途計，應一掃從來隔閡之感情，投入段氏之懷抱，以發見彼此之妥協點，請將軍慎思之。」
吳答：「貴總領事之言，真出拯救中國時艱之至情，余深為感激。惟各國之歷史與國民性各異，故關於國家觀念亦彼此不同。歐美各國之建設，大抵不逾二百年之歲月，其能達千年之久者殊鮮。獨我中國有四千餘年歷史之舊邦，且有千古不磨之成文憲章，即孝悌忠信禮義廉恥之八德是也。八德張則國憲立而國運盛，苟壞其一，則無收拾人心之準繩，猶如貴國以萬世一系之天子為中心而團結國民者然。斯道不亡而國存，斯道喪則國亡，此不易之理也。余若從貴總領事之言，為一時之權宜計，結段以背曹，大義名分之謂何？且臣節由此而壞，何得任國家之重寄乎？世人往往見中國共和政體之成立而以為君臣之義已滅，然以余所見，則有異於是。如保此八德，猶可正彝倫而不誤，用長幼之序以代君臣之義，有何不可？再進一步而言，若段氏今起而當收拾時局之任，在不知中國情形之外人，或不予責難，殊不知正污蔑段氏十年之苦節也。彼之為人也，品性高潔，思想正大，出入儒佛之學，又能體悟八德。若一朝受馮之推戴，投入政界之漩渦中，非所以忠於國家也。蓋中國之興微，繫於大道之消長，我面臨國家興亡命運之邊緣，獨欲紹述斯道而無反顧。至關於個人一時之成敗，本不在念中，此為我不能擅背曹而結段之原因，故寧為玉碎而不望瓦全也。」