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算，料到曹吳的撤防絕非單純的撤防，於是作出一系列的軍事部置準備先發制人。直皖戰爭一觸即發。
6月22日，張作霖以“調解人”的身份到達保定。曹錕會同正在保定的江蘇、江西、山東、河南、吉林、黑龍江、綏遠、察哈爾等省的督軍代表，與張作霖舉行了秘密會談，共同商定向皖系開戰的大計。曹錕、吳佩孚在會上發言：大談特談當前內政、外交一團糟全由安福系掌握政權以及徐樹錚的專橫跋扈所致。最後，會議簽署了向北京政府發出的《最後通牒》要求解散安福系，罷免安福系的內閣成員，撤消邊防軍和罷黜徐樹錚等。
段祺瑞看到張作霖帶回的《最後通牒》後，氣勢洶洶對張說：“曹錕和吳佩孚在北洋軍中不過都是中級軍官，公然要挾罷免邊防大員，此風一開，中央政府威信何在，你們如果一定要罷免徐樹錚，必須同時罷免吳佩孚！”
7月1日，曹錕和吳佩孚在保定發表宣告，以直軍全體將士的名義向皖系開戰。7月6日，段祺瑞最後告知“調解人”張作霖，“罷免吳佩孚，萬事都解決！”張作霖說：“這恐怕辦不到吧？”段祺瑞咬牙切齒地說：“辦不到也得辦，你們辦不到，我一定辦到！”而且不耐煩地對張作霖說：“你回你的奉天，莫管我的事！”
7月9日，段祺瑞組成“定國軍”###曹吳，自任總司令，徐樹錚為參謀長；同日，直系在保定組成“討逆軍”，曹錕為總司令，吳佩孚為前敵總司令兼西路軍總指揮。
7月14日晚，直皖戰爭爆發，雙方以涿州至定興的西路戰鬥最激烈。開始，由於皖軍從日本得到優良武器和日本顧問的策劃，處於優勢。吳佩孚則採取避其鋒芒以逸待勞隨機應變的策略，命令直軍逐步抵抗，逐步撤退。兩天之內，直軍退出了軍事要地涿州，戰況極為不利。
16日，西路戰場風雲突變。由於天空下了大雨，皖軍大炮失去作用。當晚，吳佩孚親率兩個旅包圍涿州。18日吳佩孚投書涿州城內的皖軍第二路軍總司令曲同豐，請他前來議和。曲同豐曾是吳佩孚在武備學堂的老師，一方面考慮到自己身陷重圍，處境不妙，一方面又認為他與吳有師生關係兼同鄉之誼，吳佩孚不會將他怎樣，於是在參謀的敦促下，偕同投書者前往吳佩孚處協商議和之事。不料，吳佩孚二話不說，將曲同豐拘禁，不論曲同豐如何叫喊，只是不理。主帥被扣，軍心大亂，皖系守軍開始後撤，吳佩孚趁機發起衝鋒，當天便佔領了涿州，並向長辛店追擊。皖軍西路總指揮段芝貴即棄職逃跑。主將臨陣而逃，群龍無首，西路皖軍遂成為烏合之眾，紛紛敗走。
吳佩孚在西路戰場取得了勝利，促使奉軍“協助”東路直軍作戰行動。段祺瑞本來自持有日本的支援，加上張作霖的“中立”，對戰勝直系感到是有把握的。13日，他接到張作霖發出的《派兵入關參加助直倒皖戰爭》的宣告，才知道自己打錯了如意算盤，慌了手腳。14日，段祺瑞壓迫徐世昌釋出“各軍停戰撤回原防”的命令，想推遲這場戰爭的爆發，但為時已晚。
張作霖命令張景惠的部隊在北倉配合直軍，聯合向廊坊進攻，從而東路戰場形勢發生了變化。天津附近直皖兩軍相峙的局勢驟變，19日，東路皖軍在直奉兩軍的南北夾攻下，潰不成軍，在廊坊指揮作戰的徐樹錚落荒而逃，匿身於北京的日本使館。
戰爭勝負已定，段祺瑞見大勢已去，被迫引咎辭職，解散了“定國軍”，回府學衚衕居住。
直奉軍閥聯合打敗皖系以後，為了控制北京政府，雙方由聯合作戰開始轉變為明爭暗鬥，一場圍繞著由誰組閣的“和平戰”打響了。
最初，經張、曹的幾番爭執，雙方總算達成一個協議，決定總理一職暫由以為是自己人的靳雲鵬擔任，因為靳雲鵬既是張作霖的女兒親家，又是曹錕的把兄弟，這樣誰也不會吃虧。
但事與願違，夾在兩大勢力中間的靳雲鵬怎麼也做不到絕對均衡，總是受到張、曹的指責和兩頭不能討好的局面。即便如此，未完全控制北京政府的張、曹依然步步逼人，要倒靳雲鵬的閣。這裡，已沒有親戚之親，更沒有義氣之義，無奈之中，兩頭受氣的內閣總理靳雲鵬，不得不予1921年12月17日宣佈內閣集體辭職。
此時的雙方處於“和平”時期，因此雙方尚能坐下來商討重組內閣的問題。這次，張作霖要推薦的是原來袁世凱的秘書長，親日派梁士詒，曹錕起初不同意，但最終未經得起梁士詒的手腕的###，答應可讓他幹一下試試，但由於有東北王張大帥的拍胸擔保，梁士詒總算如願以償了。
