直军的步兵多久经沙场，而奉军则以骑兵和炮队见长。

从四月二十九日起，直奉两军在长辛店、固安、马厂一带进行混战。

刚开始，奉军曾发动了猛烈的攻势，东路直军在奉军骑兵的冲击下，退至任邱、河间一线；西路直军也受到奉军的炮火压制而毫无进展，直军处于下风。

三十日，吴佩孚亲自到前线督战，以一部兵力在正面实施钳制，主力在炮兵的掩护下，迂回至奉军的侧后，突然发起攻击。

奉军在遭到腹背攻击后，原为冯国璋旧部的奉军第十六师，于五月四日临阵倒戈，奉军暂编一师退出丰台，造成了奉军西线溃退。此时，奉军第一师投入战斗，才阻止住直军的追击，并将长辛店收复。

此后，吴佩孚又采取诱敌深入战术，指挥直军且战且退，待奉军进入伏击圈后，秘密地率部绕至奉军侧背，突然发起猛攻，终使西线奉军全线溃退。

在东线，交战之初奉军一度曾掌握了主动。但在西线奉军溃退后，东路奉军第一梯队的旅长鲍德山不听指挥，按兵不动，总司令张作霖只好指挥部队全线退却。

第二梯队司令张学良所部，战斗力较强，战前也有准备，是奉军的主力。

但是，吴佩孚在西线获胜后，调其嫡系第三、第二十六师到东线，并亲自指挥，攻击张学良的部队。

张学良虽然率部英勇抗击，将其进攻打退，但因为奉军在整体上败局已定，只好指挥部队有秩序地向后撤退。

第三梯队司令李景林指挥所部在姚马渡将直军的进攻击退，俘直军千余人。但当西线奉军全线溃退的消息传来，东线军心为之动摇。直军乘势全线出击，进攻奉军第三梯队司令部所在地马厂，歼灭奉军七千余人，迫使奉军放弃杨柳青，退守北仓。

军粮城的奉军与乘火车开来的二万余直军发生战斗，因众寡悬殊，被迫退往滦州。

至此，奉军在东、西两路均告失败。士兵牺牲二万，战败逃亡者万余，被直军缴者四万余人。

五月十日，直系王承斌率其第二十三师开进天津。

这时，滦州英国领事出面调停，以奉军退回关外，直军停止追击为双方停战议和条件。

六月十八日，直、奉两方代表在秦皇岛海面的英国克尔留号军舰上签订了停战条约：以榆关(今山海关)为两军的分界线，奉军撤出关外，直军除酌留一部驻防榆关外，大部撤回原防。至此，第一次直奉战争宣告结束。

此次直奉的战事，前后也不过只是六天。