南北軍事自上海、南京被北伐軍攻佔後，稍見緩和。孫傳芳失勢後，北洋軍閥抗南的軍事重擔落在張宗昌身上，16年4月間張宗昌僕僕徐州、蚌埠，鞏固此一戰線防務。魯軍中重要將領第八軍軍長畢庶澄自退出上海後，由於畢曾和北伐軍通款曲，因此有人向張宗昌告密。畢軍一部分尚在青島，張宗昌很擔心畢在魯境起義，引革命軍入境，加以江南之戰，孫傳芳所轄浙軍、皖軍、蘇軍將領陣前起義者層出不窮，也可以說孫軍不戰而降居多，所以張宗昌對此一情勢頗有戒心，乃令褚玉璞由徐州趕回濟南，處置畢庶澄。4月4日褚和畢都分別被張電令召返濟南，畢下車即被軍署扣押，第二天在濟被槍決，褚玉璞則轉赴青島收編畢的第八軍，魯張並以褚玉璞專任後防，另以許琨為前敵總指揮。曲同豐、朱泮藻、王翰鳴等均卸除軍長職，舊五師予以解散。這是張宗昌整肅自己部隊以避免作孫傳芳第二的一個嚴厲行動。
至於孫傳芳的軍隊，自和北伐軍接戰以來，屢戰屢敗，退守江北後，長淮亦不能固守，其親信楊文愷、盧香亭因見大勢已去，均背棄孫回到天津。
孫傳芳北面既然尊奉張作霖，南方亦想輸誠於北伐軍，舉棋不定，戰意全無。傳說蔣中正對於孫的投降條件，是要孫率所部攻魯，以立功自效。孫既無戰意，對攻魯攻奉自感為難，孫的如意算盤是想保全實力，退出戰場，坐山勸虎鬥，養精蓄銳，以待兩敗俱傷。所以既不願在徐海和魯軍作戰，也不願衝過鎮江和北伐軍爭雄。
16年7月下旬，孫傳芳與張宗昌聯合南下，於25日進迫徐州，這時北伐軍已抽調軍隊南返，預定留在前線作主力軍的只有王天培部第十軍，蔣中正乃回南京與何應欽、白崇禧、李宗仁三總指揮協商抵禦孫傳芳、張宗昌兩軍辦法，7月23日徐州遂被北軍攻陷。北伐軍內部由於寧漢分裂問題，因此對於軍事未能全力應付。
孫傳芳既佔領徐州，即分兩路南下，一由津浦路攻蚌埠，一由宿遷侵淮陰。孫認為這是他東山再起的天大良機，所以不顧張作霖的電阻，亦不計及張宗昌在濟寧及徐州東面為馮玉祥所牽制，分身乏術，難以南下應援的態勢，一意行險僥倖，急急南下，於是爆發了龍潭之役。
龍潭之役在北伐史上，和汀泗橋、武昌、南昌等役同垂不朽。8月中旬北伐軍前方各軍陸續撤回長江南岸，蔣中正已下野，沿長江一帶防禦未臻穩固，但亦唯有利用長江天塹扼險防守，休息整補充實戰力，待機轉移攻勢。
龍潭鎮北臨大江，是南京的唯一屏障，東南西面有寶華、湯山和棲霞山，控制京滬交通，亦足以威脅南京對外交通。孫傳芳選擇龍潭為渡河上陸地點，上可以迫近首都，下可以略取蘇州和常熟，孫軍渡河企圖及各種準備事前異常秘密，且處心積慮，編成作戰要訣十條如下：
一、南人多食米，北人多食麵，北人隨時隨地可帶麵食，於作戰時間上，並不受吃飯影響，南人則每日三餐，其所耗時間自必較多。現擬利用此點，延長作戰時間，使之無吃飯餘暇，或乘吃飯之時，加以猛烈攻擊。
二、因鑒於贛省作戰，用全力於第一線，為革命軍縱長配備所擊破，故亦宜改用縱長配備，以資對抗。是後之作戰，應多置預備隊，並以前仆後繼，重疊兵力，為接續不斷之攻擊。
三、屢次戰役，均因受便衣隊之擾亂，每將大兵力妄置於無用之地，現應於主力未為我發現之前，不行正式作戰，亦以少數相當兵力應付，俟認定主力所在時，則分途進攻。
四、因鑒於便衣隊之效用甚大，亦應編製便衣隊，協同作戰。
五、聯軍官兵屢次作戰，有不知利用地形者，有不肯利用地物恥膽小之名者，現鑒於傷亡之多，為愛惜兵力計，務嚴令所部，須切實利用地形地物，以減少損害。
六、在勝負未解決之前，縱獲小勝，於稍加追擊後，仍應退守原陣地，利用已成戰壕及熟悉之地形，以便應戰，至勝負已定之後，若獲大勝，應加窮追。
七、在戰鬥開始之時，應注意側面地形，於兩翼酌派掩護隊，以免受大包圍。因近來作戰，每因受側面威脅及包圍而失敗。
八、南方官兵多軀幹弱小，應利用衝鋒與之實行白刃戰。
九、聯軍之行軍速度不若革命軍之速，應多練習強行軍。
十、令精於射擊者，專射擊革命軍之軍官及持黨旗者。
孫傳芳使用的兵力約5萬人，其番號和指揮系統是：
安國軍第一方面軍團長孫傳芳轄十一個師，四個混成旅，二個補充旅。
第二師師長李寶章
第四師師長上官雲相
第七師師長粱鴻恩
第八師師長崔錦桂
第九師師長段承澤
第十師師長鄭俊彥
第十一師師長馬寶珩
第十二師師長蘇埏
第十三師師長陸殿臣
第十四師師長劉士林
第十五師師長宋禮田
第十三混成旅旅長王樂善
第十五混成旅旅長王雅之
第廿九混成旅旅長梁春圃
第卅混成旅旅長徐松恩
第一補充旅旅長邵澤瀛
第二補充旅旅長高守和
北伐軍分為四個指揮系統：
第一路軍總指揮何應欽轄七個軍：
第一軍軍長何應欽兼
第十軍軍長王元培
第十四軍軍長賴世璜
第十七軍軍長曹萬順
第十八軍軍長楊傑
第卅一軍軍長（不詳）
第廿六軍軍長周鳳歧
第二路軍總指揮白崇禧轄五個軍二個獨立師：
第廿七軍軍長王普
第卅三軍軍長柏文蔚
第卅七軍軍長陳調元
新編第十軍軍長夏斗寅
新編第十一軍軍長馬祥斌
獨立師師長王金韜
獨立師師長顏德基
第三路軍總指揮李宗仁轄四個軍：
第七軍軍長夏威
第十九軍（原十五軍）軍長劉佐龍
第四十軍軍長賀耀組
第四十四軍軍長葉開鑫
海軍總司令楊樹莊
第一艦隊司令陳季良
第二艦隊司令陳紹寬
第三艦隊司令陳訓詠
16年8月中旬，北伐軍在長江南岸分區佈防，孫傳芳軍則乘革命軍南撤，跟蹤進據江北各城鎮，並大量搜集船隻準備渡江。8月20日孫軍主力進抵全椒、含山、浦鎮、通江集等處，同時揚州、六合、泰興均有孫軍出現，且自浦口車站向獅子山炮台發炮，並以步槍向下關射擊。24日拂曉，孫軍約一團以大小火輪拖曳民船於大勝關上游兔耳磯偷渡，天暗風急，行至中流被革命軍守兵發現，即開炮射擊，適值李宗仁乘決川艦下駛，陳調元乘艦上行道經該處，即命艦上衛兵分別發炮，孫軍驟遭三面夾擊，遂倉皇轉舵回航。上湖烏江鎮孫軍亦乘民船數十艘自駐馬河入江向南岸疾駛，亦被革命軍擊退。
8月25日夜至26日拂曉前，孫軍於南京至鎮江之間向笆斗山、烏龍山、棲霞山、龍潭及鎮江五處實施渡河，其中笆斗山、鎮江兩處為佯渡，烏龍山為渡河掩護部隊，棲霞山為助渡，主渡地點為龍潭。
26日凌晨3時孫軍乘船十餘艘由望江亭利用濃霧向烏龍山偷渡登岸，4時孫軍三團乘艦百餘艘搶攻，烏龍山炮台守軍不多，附近高地曾被孫軍佔領，幸北伐軍第七軍及時增援，遂將烏龍山孫軍擊潰。
同一時間孫軍由劃子口搶渡，進攻棲霞山，革命軍防守部隊俱為久戰疲兵，受優勢之孫軍壓迫，不得已退據棲霞山高地，孫軍跟蹤追擊，一舉進佔棲霞山及棲霞車站，截斷寧滬鐵路及電線交通。
同一時間孫軍利用北風濃霧自大河口大舉渡江，搶攻龍潭，龍潭守軍僅革命軍廿二師之六十四團，猝受強襲，勢難抵禦，26日天亮前龍潭車站遂告陷落。
至於由十二圩向高資、鎮江方面偷渡的孫軍及在八卦洲、笆斗山渡江之孫軍均被守軍迎頭痛擊，或殲滅於江邊，或擊沉於江上。
何應欽、李宗仁在南京接獲孫軍自烏龍山、棲霞山登岸消息，立即抽調第七軍赴烏龍山增援，至正午12時獲悉不但烏龍山渡江的孫軍極為頑強，而棲霞山方面孫軍亦如潮湧，寧滬之間交通業已阻斷，遂以第一軍廿一師馳援棲霞山，並調第一軍第二師及獨立第五十八團自下游夾擊。
龍潭失守時，白崇禧適因公至無錫，據報後即一面令駐鎮江第十四師師長衛立煌就近增援，一面電第一軍第二師師長劉峙、副師長徐庭瑤速向鎮江集中。
北伐軍各路奉命馳援龍潭，衛立煌的第十四師因受鎮江附近防區內孫軍渡江部隊的牽制，未敢移動，迨將該處孫軍解決後，即率四十一團趕赴龍潭，抵達時天已入暮，遂乘夜向龍潭車站的孫軍襲擊，而龍潭車站西南一帶高地尚在北伐軍第廿二師第六十四團手中，正與孫軍相持，衛師突自敵後出現，孫軍猝不及防，一時驚潰，龍潭遂告收復。北伐軍第一軍第二師副師長徐庭瑤於常州車站接到白崇禧電令，即向鎮江前進。27日傍晚抵達龍潭車站，正遇到孫軍向龍潭激烈反攻，乃立即參加戰鬥，孫軍攻勢猛烈，前仆後繼，北伐軍雖拚力防守，但不能壓制孫軍的攻擊，雙方傷亡均極慘重，當天下午白崇禧至鎮江督師，並大舉向龍潭增援，但孫軍亦增強兵力，至28日晚，在南京的軍事委員會忽接白崇禧自鎮江經由上海無線電台轉來的儉電云：「敵向龍潭反攻甚急，請以第七軍速向龍潭方面之敵跟蹤追擊，俾與東面之第一軍部隊夾擊」，始悉龍潭方面孫軍仍在反攻。
8月28日午夜龍潭再次被孫傳芳軍所攻陷，自龍潭退出的北伐軍衛立煌師和徐庭瑤率領的第二師均向南京城集中。南京軍事委員會常委何應欽、李宗仁兩總指揮，認定孫軍主力在攻佔龍潭，乃飛調第一、第七兩軍主力由東西兩面會攻龍潭，並急電在蕪湖的陳調元軍，在採石磯的賀耀祖軍，在慈湖鎮的葉開鑫軍，在青陽的王普軍，在大通的夏斗寅軍分別擔任長江上游的防禦部署。並令海軍司令陳紹寬派艦游弋於八卦洲、劃子口、大河口、烏江鎮等處以截阻偷渡的孫軍。
白崇禧在鎮江坐鎮，28日下午第二師師長劉峙由上海趕回鎮江，白即命劉乘原火車向龍潭增援，所有前線部隊概歸劉峙統一指揮，劉於當晚8時到達下蜀與龍潭之間的山口村東端，其所乘火車與由龍潭車站撤出之火車相撞，同時出軌，劉峙撞傷頭部，官兵死傷200餘人。劉峙帶傷以電話詢問在龍潭堅守的衛立煌，則電話已告不通，詢諸相撞火車上之官兵，始悉龍潭已被孫軍攻佔，大部分守軍向龍潭西南方沿南京大道撤退，劉峙一方面向白崇禧報告，同時即在山口村附近佈防。
孫傳芳軍自8月26日起渡江南侵，晝夜偷渡，迄29日夜，孫軍渡江部隊均聚集龍潭，有第二、第四、第七、第八、第九、第十、第十一、第十三、第十四等十個師及第十五、第廿七、第廿九、補充第一各混成旅約達5萬餘人，據守龍潭以西之黃龍山，及南面之青龍山、虎頭山，東面之大石山、雷鼓山各險要。孫傳芳本人亦親自坐鎮龍潭水泥公司督戰，擬以一部分向東南兩面發展，以主力進迫南京。
8月29日夜，白崇禧以電話告訴劉峙，謂已電請南京方面的第一軍部隊和第七軍部隊於8月30日拂曉反攻龍潭。劉峙奉命後立即部署。而南京方面第七軍副軍長夏威率領第七軍和第十九軍自棲霞山展開攻擊。何應欽則在東流鎮準備反攻，以衛立煌為前敵總指揮，右縱隊由徐庭瑤指揮，左縱隊由陳誠指揮，預備隊由樓景城負責。
8月30日凌晨革命軍第一軍第二師部隊正擬轉移攻勢，孫傳芳軍突然發動全線總攻，來勢甚猛，劉峙親赴前線指揮。正危急間，適值獨立第五十八團由團長桂永清率領趕來支援，穩住陣腳。南京方面的北伐軍於30日午前7時發動攻勢，孫軍雖在各面反攻甚烈，但革命軍之全線部隊已能互相聯繫，漸成自東、南、西三方面包圍。不過孫軍據黃龍山、青龍山、虎頭山、七星觀一帶山險，深得瞰制之利，坡急勢峻，革命軍仰攻甚難。孫軍寸土必爭，孫傳芳及其所部高級將領均在龍潭督戰，北伐軍浴血奮進，逐一攻克青龍山、虎頭山、七星觀。一部分革命軍突入龍潭鎮街市，孫軍乃倉皇向江岸潰退，當日午後5時完全克復龍潭。
31日午前5時，革命軍正部署追擊，孫軍忽發動猛烈反攻，尤以對水泥公司及龍潭車站攻擊最烈。這時何應欽及白崇禧已會合於龍潭，身臨敵前，督率指揮，以第一軍急行迎擊，以第七軍的一部自龍潭沿鐵道向侵入水泥公司的孫軍側面壓迫，至上午8時前，孫軍遂向方家壩、袁家巷、花家蕩、常天寺、小洲田、西老圩、舟子橋一帶潰退，革命軍分左右兩翼追擊，並以第三師師長顧祝同為總預備隊。
31日午後2時，渡江之孫軍除一部分逃回北岸外全部就殲。
這就是輝煌的龍潭之役。孫傳芳軍渡江進攻的不下六七萬人，被俘孫軍官兵3萬餘人，師旅長以上高級軍官數十員，槍支4萬餘，傷亡無數。北伐軍傷亡亦達8000餘人。革命軍押運俘虜者每千名俘虜僅配槍兵數名，既無火車運送，又無給養，因此孫軍俘虜乘機逃逸者極多。
在龍潭會戰時，北伐軍即擬渡過江北，襲擊孫軍，並截擊其退路，但江岸孫軍廣佈，渡河材料亦形缺乏。龍潭大捷後孫軍狼狽逃竄，國民革命軍軍事委員會遂於9月2日電令第一、第三兩路軍之一部渡江作戰略上的追擊。孫傳芳軍自龍潭敗陣後倉皇北退，除一部分向津浦路烏衣、滁州潰退外，其主力均由六合，天長一帶經揚州沿運河退卻。孫傳芳本人則化裝為士兵，乘小輪到揚州，一面令其十四師師長劉士林在沿江收容潰軍，一面以第四師、第七師、第八師及第十五師混成旅等部駐守揚州、高郵一帶，然後即匆匆率第十師師長鄭俊彥等共約五六千人，經淮陰、泗陽、宿遷，向徐州退卻。兵敗如山倒，孫傳芳軍亦不例外，北伐軍渡江追擊時，浦口孫軍已聞風而遁。
9月上旬北伐軍追奔逐北，追擊部隊區分為三部分，右翼軍以第十八軍軍長楊傑為指揮官，中央軍以第四十軍軍長賀耀祖為指揮官，左翼軍以第卅三軍軍長柏文蔚為指揮官。
右翼軍在楊傑指揮下，以第卅一軍九十二師為右縱隊，以第十四軍為中央縱隊，以第十八軍為左縱隊，自鎮江附近渡江，向運河沿岸追擊前進；自江陰附近渡江，分向泰興、興化、漣水及東台、鹽阜一帶追擊。因各軍曾奉楊傑通知，均須攜帶20日之給養，購軍需時，渡江材料又不充分，延至9月6日以後始得渡江前進。其左縱隊之第十八軍進展最速，自渡江後，9月7日首將佔據泰州、揚州、仙女廟一帶之孫軍擊破而佔領之，繼即乘勝長驅，連克高郵、寶應各城，並於9月11、12兩日，緊躡孫軍梁鴻恩、陸殿臣兩部之後，先後大破之於淮安、淮陰一帶，俘獲3000餘人，克復淮陰。右、中兩縱隊，亦進展至阜寧、漣水等處，即於阜寧、漣水、眾興、泗陽之線停止。
中央軍之新編第十軍，先於9月6日拂曉，由採石附近渡江，北岸孫軍竭力頑抗，該軍奮勇強渡，搶登彼岸，乘勢向和州進攻，即佔領之，同時第四十軍之先頭部隊，亦渡至浦口，即以新編第十軍向全椒進展，於10日攻克之，遂與第四十軍協同進佔滁州，嗣因左翼軍進展遲緩，即於張八嶺附近與明光之敵對峙。
左翼軍各部隊自合肥劇戰後，前有孫軍之頑抗，後有武漢上游之壓迫，且其中之第十軍、第十一軍，均新易統帥，給養尤感困難，行動不免遲滯，致未能如期進展，故此次之追擊，實際作戰者僅中央軍及右翼軍而已。