出師不利，傅良佐決定調北軍作戰。任命第八師師長王汝賢爲湖南軍總司令，第二十八師師長範國璋爲副總司令。兵分三路：第八師和第二十師正面進攻衡山，湘軍第二師第四旅爲右翼進攻寶慶，從安徽調來的安武軍進攻攸縣。
民國後湖南的第三次南北戰爭開啓（第一次是癸丑二次革命，第二次是護國討袁）。
傅良佐進攻湘南護法軍，表明南北軍隊在湘決戰已勢不可免。桂系決定組織軍隊援湘，以武力“驅逐傅良佐，收復湖南，以固兩廣門戶”。
九月底，桂軍陸裕光師先頭部隊進抵衡陽。
十月二日，陸榮廷在廣西南寧召開軍事會議，討論援湘問題，廣東督軍陳炳焜、海軍總司令程璧光等參加了會議。
陸榮廷慷慨發言，痛斥段祺瑞投降日本發動內戰，號召出席全體人員簽名宣誓，表示抵抗皖系軍閥的決心。
會議決定由兩廣當局陳炳焜、譚浩明、程璧光、李耀漢聯合通電，痛斥段祺瑞。列舉段的罪行如：主使公民團包圍國會、主使督軍團毀法叛國、任意發動內戰等。
同時提出：（一）迎黎大總統復職，（二）恢復國會，（三）罷免段祺瑞，（四）撤回湘督傅良佐的任命。
會議議定了援湘軍事計劃：由兩廣出兵八十營（其中廣東三十五營，廣西四十五營），分編成五個軍（由陸裕光、林俊廷、韋榮昌、馬濟、林虎分任軍長），由廣西督軍譚浩明任兩廣護法聯軍總司令。
進軍路線是：馬濟率粵軍出韶關入湘，經攸縣、醴陵取長沙。桂軍分成兩路：韋榮昌軍由三江入湘，經新寧逼寶慶；陸裕光、林俊廷二軍則出全州入湘，經永州（今零陵）、祁陽增援衡陽。兩廣軍總的目標是會攻長沙。
湘軍方面，北軍大舉南侵時，趙恆惕正在衡山居喪守制。
其舊部第一師官兵請趙火速回部。趙馬上趕到衡陽。與劉建藩、林修梅等佈署防禦。
湘潭是北軍進攻衡山的前進基地，有三條道路可通衡山：
一由湘潭經株洲，沿三門、淦田、朱亭一線；一由湘潭經茶園鋪，沿熊家橋、護湘關一線，此爲陸路大道；一由湘潭沿涓水 至福田鋪一線。
爲了抗擊北軍進犯，護法軍的佈防如下：第一師師長趙恆惕指揮該師之第一、二兩團（欠一營），在衡山、護湘關至茶園鋪沿線設防，另將一個營配置於福田鋪擔任翼側警戒；劉建藩所部數營防守淦田、朱亭；林修梅率該旅之第四團駐守嶽後，防敵由永豐方向竄犯。
十月六日晨，南北兩軍開始在湘潭縣屬之西倪鋪接戰。護法軍在衡山以北只有不足兩個團的兵力，卻要防守從福田鋪至湘江邊寬約十五公里的正面，力量分散；加上裝備較差（除步槍外，僅有二門炮、二挺機槍），難於阻止敵人的進攻。
北軍王汝勤所部由中路進攻，集中兵力，重點突破，連佔茶園鋪、中路鋪和白石鋪等要點，逼近護湘關。
護湘關位於衡山北十二公里處，兩側山勢險峻，湘（潭）、衡（山）大路從山間穿過，是易守難攻之地。護法軍在護湘關兩側高地構築工事，重點設防。八日晨六時，北軍分三路攻打護湘關。
護法軍憑險抗擊，“頑強異常”，“抵死不退”。戰至次日凌晨，北軍從側翼突擊，仰攻肉搏，護法軍力不能支，遂棄關撤退。
護湘關落入敵手。
十月十日晨，北軍進攻護法軍在衡山北面的最後一個要點石橋鋪。護法軍控制附近高地，頑強抵抗。
臨近中午，劉建藩派數營援兵趕到戰地，讓正在奮戰的第一師士兵撤下吃飯。
但這些援兵多數是新兵，未經嚴格訓練，缺乏作戰經驗，以致一有傷員，就驚慌後退。北軍乘勢衝擊，護法軍大敗。
十月十一日上午七時，北軍向衡山外圍發起攻擊。王汝勤親率該旅第二十九團及工兵營、炮隊由正面實施突擊，以第三十團由翼側抄襲。護法軍據守城外據點的部隊經不住敵軍的猛攻，紛紛逃進城內，並牽動了守城部隊。
護法軍只得放棄衡山，分向湘江以東和衡陽退卻。王汝勤旅遂輕取衡山。
在北京的段祺瑞心情爲之一鬆。認爲湖南指日可平。同時運送了大批慰勞品到前線犒賞士兵。
北軍張紀旅行動遲緩，十月十一日由湘潭進抵株洲，翌日沿湘江東岸向南攻進。十三日在淦田烏鴉山與劉建藩之警戒部隊遭遇。雙方激戰兩小時，劉部不支後退。
張旅乘勢追擊，於下午七時攻佔朱亭。十四日，張旅向衡山靠攏，擬配合王汝勤旅向衡山以南進擊。但王汝勤由於作戰順利，便不等張旅跟進，即率所部向賀家山進攻。
賀家山位於衡山與衡陽之間，左接巍巍衡山，右倚滾滾湘江，北面是寬約數裡的開闊地，山勢雖不高峻，但北陡南緩，易守難攻，是防衛衡陽的天然屏障。
護法軍控扼賀家山，封鎖山下開闊地，進行頑強阻擊，遏止了王旅的推進。
十月十五日，北軍張紀旅也投入戰鬥。
此前，桂軍第三軍副司令賁克昭率領的先鋒團和粵軍第一軍副司令邱渭南率領的三個營，也先後趕到賀家山一帶，增援湘軍。
從十月十五日起，南北兩軍各投入兵力萬餘人，在賀家山一帶連日激戰。北軍旅長王汝勤和張紀組織部隊對賀家山輪番進攻，但由於不講戰術，士兵盲目射擊，徒耗槍彈、炮彈，因此雖付出很大代價，但戰果不佳。
團長傅良藻（傅良佐之弟）戰歿，部隊死傷過半。加之秋雨連綿，山地泥濘，給不習慣江南氣候的北軍造成意外的困難。
北軍連日強攻，毫無進展，只好轉攻爲守。湘南護法軍在桂、粵軍支援下，經數日激戰，挫敗了北軍的進攻，但苦於彈藥不繼，也未發起新的攻勢。
十月二十一日，程潛與陸裕光、賁克昭、邱渭南等桂、粵軍將領在衡陽舉行會議，商定下一步作戰計劃。
鑑於賀家山至衡山方向北軍雲集，護法軍反擊困難，而寶慶已爲北軍攻佔，遂決定由趙恆惕指揮兩團湘軍並桂軍賁克昭部，在原地實行堅守防禦。劉建藩部出守大浦，警戒江右，而將主力向寶慶方向轉移，擬出敵不意，收復寶慶，再圖長沙。
計劃確定後，林修梅即率所部湘軍與桂軍一部直趨寶慶，邱渭南之粵軍三營右出攸縣、新市，趨醴陵，威脅敵之後路。
再看寶慶方面。
湘軍第二師第四旅旅長朱澤黃雖是湖南人，卻死心塌地效力於北軍。
傅良佐派兵進攻衡山時，開始對對寶慶方向暫取守勢。派湘軍朱澤黃旅進駐永豐，並控扼永豐與寶慶間的險要山地界嶺（永豐西南三十公里），擬待援軍趕到後，再行進攻。
湖南第二區守備司令周偉、第一師第三團團長宋鶴庚於十月二日在寶慶宣告自主。爲了先發制人，立即率部東進，襲佔界嶺（時朱旅只派一營防守），前鋒逼近界嶺東面的青樹坪，另以原永州守備司令謝國光率兵三營，經洪羅廟進逼馬屋嶺，襲擊永豐之敵翼側。
朱澤黃見要地界嶺失守，關係重大，立即轉守爲攻。十月五日，朱旅傾巢出動，反攻青樹坪。
戰至次日上午，護法軍不支，退守界嶺。朱旅乘勝追擊，猛攻界嶺。護法軍立足未穩，棄守而退，界嶺復陷敵手。
朱澤黃奪回界嶺後，以主力駐守該地，另以參謀長周詩率兵二營迎擊進逼永豐翼側之護法軍。十月十日，周詩部於馬屋嶺擊敗謝國光之護法軍，進據洪羅廟。
朱澤黃見翼側威脅已經解除，遂於十八日組織部隊由界嶺向寶慶進攻。朱將所部分爲兩路，以第七團團長毛樹峻爲左翼指揮官，第八團團長周崇嶽爲右翼指揮官，兩路相互策應，齊頭並進。
十九日，朱旅攻佔黑田鋪（寶慶東三十公里），繼攻陷洪橋（寶慶東十八公里），直抵寶慶城下。護法軍據城抵抗一夜，於二十日撤離寶慶，退往杜家坪。
朱澤黃進佔寶慶後，馬上發出捷報。爲表彰其戰功，北京政.府立刻發表朱爲長寶鎮守使，晉升陸軍中將。
朱澤黃進佔寶慶後，接到傅良佐令其速率主力增援賀家山北軍的電報。遂留兩個營守寶慶，親率四個營於十月二十日出兩市塘（今邵東），擬經洪羅廟趨援賀家山。
這時，賀家山戰場已呈膠着狀態。
十月二十一日，桂軍韋榮昌部抵達衡陽。程潛爲打破戰場僵局，商請韋榮昌派出所部一個團，會同湘軍李仲麟、謝國光部（共六營），由衡陽左趨渣江，擬經洪羅廟攻取永豐。
三十一日，韋、李、謝所部湘、桂軍於洪羅廟與朱澤黃旅相遇。雙方激戰一日，朱旅不支，退守界嶺，隨又退至永豐。
數日後，林修梅也指揮所部湘軍，在桂軍陸裕光部配合下，向寶慶發動反攻，於十一月四日下午克復寶慶。爾後，林修梅派宋鶴庚團東進，擬配合在洪羅廟地域待機的韋、李、謝軍進攻永豐。
永豐守敵除朱澤黃所部一個旅（欠二營）外，還有新從長沙趕到的晉軍商震旅和北洋第八師第三十二團。上述守城兵力雖約一師之衆。但由於朱旅已成驚弓之鳥，不堪再戰，商旅新到，立足未穩，加上相互之間互不統屬，所以防禦能力並不很強。
十一月八日，湘桂護法軍攻克界嶺，繼下青樹坪。
十一日，護法軍分四路進攻永豐：李仲麟部由青樹坪攻敵正面，桂軍一部由石頭山經下五里牌攻敵左翼，謝國光部由上五里牌攻敵右翼，另以桂軍一部出三甲塘抄敵後路。護法軍四面圍攻，勇猛作戰，北軍漸呈不支之勢。
下午又有由寶慶開來的湘軍宋鶴庚團和桂軍二營投入戰鬥，護法軍攻勢更猛。永豐守敵見後援不繼，孤城難守，遂於傍晚棄城而逃。
朱澤黃旅逃向湘西，商震旅和第八師之三十二團逃往湘鄉。