直軍在前線的一切佈置妥當後，吳佩孚隨即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，迴轉湖南，只留下蕭光義一人在漢口等着見吳。吳佩孚指責蕭光義捏造假情報欺騙趙恆惕，是引起湘鄂戰爭的罪魁禍首。
與此同時，吳佩孚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。
至於任命蔣作賓爲湖北省長問題，吳表示可以由北京考慮，其餘如廢督、自治等問題則概不考慮。
趙恆惕獲知吳佩孚翻了臉，大吃一驚。八月十九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呼籲請戰，騎虎難下的趙恆惕，於二十二日最終下達了攻擊命令。
二十二日，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，準備返回長沙，看見戰地情況不妙，又從火車上下來。親自組織了敢死隊，冒着炮火一鼓作氣奪到了直軍的四挺機關槍，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，才重新上火車回長沙。
二十三日，獲得增援的直軍發動反攻，奪取了汀泗橋火車站。二十四日湘軍再度施威，把直軍壓迫到汀泗橋以北，汀泗橋火車站重入湘軍之手。
二十五日靳雲鶚旅被湘軍包圍，戰況對直軍越發不利。但戰場發生了一個意外，直軍在後撤時遺棄了很多槍枝，裝備落後的湘軍紛紛爭奪這些戰利器而陣形大亂。直軍乘機反攻，湘軍抵擋不住，向蒲圻和趙李橋敗退。
此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，徑向通城迅速撤退。易震東是葛豪的表兄，湘軍“援鄂”前，趙恆惕派葛去見吳佩孚，葛被吳留了下來。湘鄂戰啓，原葛豪統領的鐵路警備隊改編爲獨立旅，趙恆惕便以葛的表兄擔任獨立旅旅長。
吳佩孚隨後又命海軍在金口決堤水淹湘軍，湘軍猝不及防，左翼湘軍因之也不能立足，向臨湘迅速撤退。
趙恆惕在長沙獲知前線戰況不利，於二十六日再趕赴前線，統帥的親臨，勉強使湘軍陣腳穩定了下來。
和王佔元的鄂軍相比，湘軍肯定是佔絕對優勢，但比起強大的直軍，湘軍就相形見絀了。更大的問題是軍火無繼，餉糧睏乏。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，加之湘軍久戰疲勞。
而新投入戰鬥的直軍本就是生力軍，而吳佩孚陸續調動了海陸軍，源源補充，可謂兵強馬壯。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，認爲沈窮而來歸，處決他殊爲不義。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。
二十七日，吳佩孚組織總攻岳陽。
第三師第六旅旅長楊清臣爲正面總指揮，督率靳雲鶚旅、河南趙傑旅和第二十五師(缺一團)從蒲圻向新店、灘頭、官山、羊樓洞一線追擊；董政國旅及第一零零團由崇陽向朱樓坡、桃林方向追擊；寇英傑等二旅向大沙坪及平江方向進攻。吳同時任命張福來師長爲進攻岳陽總指揮官，率領蘇世榮、張克瑤等三旅及第十二混成團同杜錫長江艦隊一起順江攻岳陽。
是日深夜，艦隊滿載陸軍，閉燈上駛，闖過城陵磯。二十八日晨進入南津港，逼近岳陽南門外，吳令軍艦開炮轟擊，步兵乘機登岸。
湘軍嶽州方面守軍無力抵抗。嶽州一潰，整個前線的湘軍就像潮水一般潰了下來。
趙恆惕回到長沙。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。
江西督軍陳光遠。一向對湖南都陪着笑臉，現在則乘火打劫，派蕭安國一旅侵入醴陵，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。
兵敗如山倒，長沙也無險可守，趙恆惕決定退守湘西。他正部署撤退到湘西的軍事行動之時，駐長沙的英國領事突來訪。
原來，吳佩孚這時雖在軍事上佔了上風，但直軍當時所處的總體情況並不輕鬆。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。只是，身在長沙的趙恆惕對這些情況一無所知。
吳佩孚面對複雜局勢，希望早日結束和湘軍戰爭，便暗中請英國領事出面作和事佬。他是想終止了湘直戰爭，利用湖南爲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。
吳佩孚向英國領事承諾，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。
九月一日，趙恆惕乘英艦到嶽州，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。
兩人閉門會議了一小時，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。吳又提出直軍駐防嶽州，在這個問題上雙方爭論多時，趙只答應劃嶽州爲不設防城市，雙方都不駐兵，吳不肯同意。
畢竟是城下之盟，最後，趙終於接受了讓出嶽州的停戰條約九款。包括雙方以汩羅江爲界，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。
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”，推劉湘爲總司令兼第一路總指揮，但懋辛爲副總司令兼第二路總指揮。
“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爲前敵總司令。
川軍“援鄂”並未公開宣佈。
川軍沿長江順流而下，於八月十八日佔領巴東、秭歸後，分兵爲三路，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。
九月二日，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抵擋不住，急電向吳佩孚請援。
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，也不會到嶽州來乞和，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爲名，在宜昌登陸，而三國領事也出面調停川直戰爭，他們於九月五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。
九月六日川軍因談判破裂再攻宜昌，直軍堅守。
十四日，吳佩孚乘坐楚泰艦趕往前線督戰，指揮部隊奮力擊退先期威脅宜昌的川軍，可未等直軍喘息，川軍南路一部又進抵宜昌附近的磨盤山，宜昌再次告急。
十八日，吳佩孚在長江北岸架炮轟擊南岸川軍，南北兩岸川軍被迫撤退，二十二日宜昌之圍遂解。
二十五日，援鄂川軍退駐南沱溪。
十月十一日，川軍退出湖北巴東，十三日直軍奪回利川，十一月十六日，川軍退出湖北建始，二十日退出施南。
十一月下旬，劉湘又調集大軍三路攻鄂，吳佩孚恐奉軍南下和南軍北進，遂與劉湘議和。
十二月二十一日，長江上游總司令孫傳芳與劉湘代表議定了川鄂媾和約十七條。
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。
這時候的吳佩孚可謂春風得意，“東征西討”，得心應手。