直军在前线的一切布置妥当后，吴佩孚随即下令扣留赵恒惕的代表。原来赵的代表钟才宏和唐义彬看见吴佩孚调兵遣将时就知道事情不妙，乃悄悄地离开湖北，回转湖南，只留下萧光义一人在汉口等着见吴。吴佩孚指责萧光义捏造假情报欺骗赵恒惕，是引起湘鄂战争的罪魁祸首。
与此同时，吴佩孚向湖南提出了两个反条件：（一）湘军应完全退出湖北；（二）惩办制造战争的湘军师长宋鹤庚、鲁涤平。
至于任命蒋作宾为湖北省长问题，吴表示可以由北京考虑，其余如废督、自治等问题则概不考虑。
赵恒惕获知吴佩孚翻了脸，大吃一惊。八月十九日他到蒲圻召开军事会议，下级军官和士兵们推举代表见赵呼吁请战，骑虎难下的赵恒惕，于二十二日最终下达了攻击命令。
二十二日，湘直两军在汀泗桥展开了争夺战，湘军被阻于强烈的炮火网不能前进。这时赵恒惕已上了火车，准备返回长沙，看见战地情况不妙，又从火车上下来。亲自组织了敢死队，冒着炮火一鼓作气夺到了直军的四挺机关枪，直军被湘军的勇猛攻势所吓倒，只好向后退却。
赵恒惕看见直军已后退，才重新上火车回长沙。
二十三日，获得增援的直军发动反攻，夺取了汀泗桥火车站。二十四日湘军再度施威，把直军压迫到汀泗桥以北，汀泗桥火车站重入湘军之手。
二十五日靳云鹗旅被湘军包围，战况对直军越发不利。但战场发生了一个意外，直军在后撤时遗弃了很多枪枝，装备落后的湘军纷纷争夺这些战利器而阵形大乱。直军乘机反攻，湘军抵挡不住，向蒲圻和赵李桥败退。
此时湘军右翼独立旅旅长易震东忽然率部倒戈，使湘军右翼发生动摇，径向通城迅速撤退。易震东是葛豪的表兄，湘军“援鄂”前，赵恒惕派葛去见吴佩孚，葛被吴留了下来。湘鄂战启，原葛豪统领的铁路警备队改编为独立旅，赵恒惕便以葛的表兄担任独立旅旅长。
吴佩孚随后又命海军在金口决堤水淹湘军，湘军猝不及防，左翼湘军因之也不能立足，向临湘迅速撤退。
赵恒惕在长沙获知前线战况不利，于二十六日再赶赴前线，统帅的亲临，勉强使湘军阵脚稳定了下来。
和王占元的鄂军相比，湘军肯定是占绝对优势，但比起强大的直军，湘军就相形见绌了。更大的问题是军火无继，饷粮困乏。本来湘军一心想打下武汉，可以从汉阳兵工厂补充弹药军械，现在这个计划落空了，加之湘军久战疲劳。
而新投入战斗的直军本就是生力军，而吴佩孚陆续调动了海陆军，源源补充，可谓兵强马壮。两者对照，湘军完全处于劣势。
赵恒惕原来就不太赞成“援鄂”用兵的，他最担心的，就是可能召致吴佩孚的迎击，现在不幸而料中了。一切都和他担心的一样，他不愿见这场军事赌博失败，在饥不择食的情况下，他收容了在广西不能立足而逃到永州的桂军沈鸿英部。
张辉赞向赵建议，主张解决沈鸿英，改编他的军队。可是赵宅心忠厚，认为沈穷而来归，处决他殊为不义。因此他给沈鸿英以“湖南援鄂自治军第三军”的番号，令其火速开赴前线。
二十七日，吴佩孚组织总攻岳阳。
第三师第六旅旅长杨清臣为正面总指挥，督率靳云鹗旅、河南赵杰旅和第二十五师(缺一团)从蒲圻向新店、滩头、官山、羊楼洞一线追击；董政国旅及第一零零团由崇阳向朱楼坡、桃林方向追击；寇英杰等二旅向大沙坪及平江方向进攻。吴同时任命张福来师长为进攻岳阳总指挥官，率领苏世荣、张克瑶等三旅及第十二混成团同杜锡吵そ舰队一起顺江攻岳阳。
是日深夜，舰队满载陆军，闭灯上驶，闯过城陵矶。二十八日晨进入南津港，逼近岳阳南门外，吴令军舰开炮轰击，步兵乘机登岸。
湘军岳州方面守军无力抵抗。岳州一溃，整个前线的湘军就像潮水一般溃了下来。
赵恒惕回到长沙。这时长沙已陷于兵荒马乱中，医院里住满了缺肢断臂的伤兵，街头巷尾则是败兵和从医院出来的伤兵。败兵们和伤兵们曾冲入赵的总部，赵的勋章和军帽都不翼而飞。警察们因欠饷而罢岗，各学校和商会都被军队借驻。而前方还不断有败兵退回来，一路上抢吃抢钱，农村城镇都遭洗劫，耕牛鸡鸭和猪羊都被宰食。
江西督军陈光远。一向对湖南都陪着笑脸，现在则乘火打劫，派萧安国一旅侵入醴陵，长沙岌岌可危。所幸沈鸿英部及时赶到，赵恒惕令沈率部开往浏阳、醴陵一带防堵。
兵败如山倒，长沙也无险可守，赵恒惕决定退守湘西。他正部署撤退到湘西的军事行动之时，驻长沙的英国领事突来访。
原来，吴佩孚这时虽在军事上占了上风，但直军当时所处的总体情况并不轻松。一方面奉系的压力加大，一方面川军已出军援湘，一支奇兵开到了宜昌，还有陕西问题也牵制了直系部分兵力。只是，身在长沙的赵恒惕对这些情况一无所知。
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