第二次直奉戰爭的起因是江浙戰爭。當時，張作霖為了對抗直系勢力，與反直系的南方孫中山革命政權以及皖系殘餘勢力結成了反直系三角同盟。前文說過，皖繫在直皖戰爭後一敗塗地，除了還剩下一個浙江督軍盧永祥以外基本上什麼都沒有了；而孫中山的革命政權，在第一次直奉戰爭中慘敗後，幾經周折，又於1924年年初打垮了陳炯明，重新建立了廣州大本營。從當時情況看，反直系三角同盟中最弱的一環是盧永祥，偏偏盧永祥因為歷史遺留原因還控制著上海這一富庶之地，這讓屬於直系的江蘇督軍齊燮元垂涎三尺，一直在尋找機會把上海這塊土地要回來。機會終於來了。1924年盧永祥接納了由贛入浙的閩軍臧致平和楊化昭部，把他們改編為浙江邊防軍4個師1個混成旅。在盧永祥看來，身處直系包圍之中，必須擴充自己的兵力才能夠自保。但在直系看來，此舉具有明顯的挑釁意味，也讓周邊其他省份失去了安全感。因此，蘇、皖、贛、閩四省聯合起來，於1924年9月3日爆發了以討伐盧永祥為目的的江浙戰爭。
本來，直奉之間還保持著一種弱勢平衡。儘管雙方都把對方當做最大的強敵，但由於誰都沒有必勝的把握而不敢輕啟戰端。再加上直奉之間也有一些和平的因素，比如張作霖與曹錕還是兒女親家，曹錕賄選總統事先也徵詢了張作霖的同意。儘管張作霖對吳佩孚不感冒，但曹三哥的面子還是要給的。此外，奉系的張景惠也是一個很強烈的主和派，他長期駐留北京，對通融雙方關係也起到了一定作用。因此，如果沒有什麼特別情況的發生，第二次直奉戰爭不會這麼快就到來。
但是江浙戰爭改變了一切。江浙戰爭關係著反直三角同盟的命運，張作霖無法坐視不管，否則何以立信於人？今後誰還敢跟他張作霖結盟？因此9月4日張作霖即發表致曹錕通電，嚴厲斥責直系不守信用，破壞和平。9月4日晚間，張作霖在大帥府召開旅長以上緊急會議，決定出兵討伐曹吳，組成鎮威軍。同一天，南方的孫中山在廣州大本營召開籌備北伐會議，決定北伐，遷大本營於韶關，任命譚延闓為北伐軍總司令，督率各軍分路進入江西、湖南。
第二次直奉戰爭馮玉祥倒戈後天津會議合影
即使此時，戰爭也並非不可避免。因為變起倉促，雙方均沒有做好立即打仗的準備。所以從9月4日以後的十天裡，雙方都是在進行電報的爭吵和協調。直到9月13日朝陽寺事件發生，這件事將關係本來就十分緊張的直奉雙方推進了火坑。朝陽寺事件成為第二次直奉戰爭直接的導火線。
朝陽寺是當時熱河省朝陽縣的一個鄉鎮，臨近奉天省北票、義縣等地。彼時，朝陽鎮守使龔漢治派有步兵一營駐守該地。1924年9月19日晚，該部突然被奉軍包圍並遭殲滅。鎮守使龔漢治當即將事變發生經過分別電告北京政府、洛陽總部及灤州駐軍第十五師。於是，直奉兩軍均開始採取緊急軍事行動，第二次直奉大戰的序幕由此拉開。十分奇怪的是：戰爭發生後雙方竟然都指責對方率先發難。雙方因此相互攻擊，莫衷一是。
真正的原因是什麼？真正的原因既不是奉系，也不是直系發動了朝陽寺事件。而是前面我們已經說過的張宗昌。這張宗昌好好的幹嗎要策劃這起事件？這要從當年張宗昌的地位和處境說起。當年張宗昌平定了高士儐之亂，收編了大量部隊，被張作霖任命為旅長。當時張部所處綏芬河一帶，地處中俄邊境，土地肥沃，人煙荒蕪，很適宜種植罌粟。張宗昌所部紀律鬆弛，軍餉匱乏，無以為生，於是就幹起了種植鴉片、販賣毒品的勾當。一時之間受到各方責難，聲譽日下，成為眾矢之的。1923年，奉軍在西豐縣舉行秋季大演習，張宗昌旅奉調參加。當時，各方均謠傳張部在演習中如果成績不佳，有可能遭就地繳械、遣散或改編。此後，由於張旅演習成績優良，倖免於難，得以保存下來。演習結束後，張宗昌部奉命移駐北票、義縣一帶。張宗昌及部屬雖然暫渡險關，但均已成為驚弓之鳥，人人自危，急切盼望直奉戰爭再起，需要大量部隊，這樣才會有生存之餘地。如果能夠進軍關內，找到落腳之地，不僅生活安全不用擔心，而且還有福可享。正是在這種思想指導下，張宗昌和部將褚玉璞二人密謀策劃了朝陽寺事件，並對外詭稱直軍首先襲擊了奉軍。而張作霖本來就對江浙戰爭十分不滿，正好借題發揮，一拍即合。於是，對北方政局產生極大影響的第二次直奉大戰，就這樣拉開了序幕。
朝陽寺事件發生在9月13日，但奉軍真正大規模向山海關和熱河方向移動時是9月15日。當天，張作霖派遣六路大軍近15萬兵力向關內進發。第一軍司令姜登選，副司令韓麟春，率第二師、第五師攻擊山海關、九門口一線；第二軍司令李景林、副司令張宗昌，率第一師、第二十三、二十四、二十六旅向熱河北路的朝陽、凌源、冷口一線進軍；第三軍司令張學良，副司令郭松齡，率第四師、第五、十九旅攻擊山海關、九門口一線；第四軍司令張作相，副司令丁超，轄5個旅在錦州做總預備隊；第五軍司令吳俊升，第六軍司令許蘭洲這兩軍主要以騎兵為主，負責熱河北路的防務兼馳援。
奉軍大規模出動很有些出乎直軍的預料，所以他們反應比較慢，直到9月17日曹錕才任命吳佩孚為討逆軍總司令，王承斌為副總司令兼直魯後方籌備總司令。9月26日，吳佩孚召開「四照堂會議」，正式組成討逆軍，將直軍分為三路：第一路以彭壽莘為總司令，陳兵於山海關正面，做主攻部置，與奉軍精銳姜登選、韓麟春及張學良、郭松齡部對抗，下轄第3師，第9師，第14師，第15師，第23師，第24師，第1混成旅，第12混成旅，第13混成旅，第14混成旅，河南第26軍(實有一個師)，第1旅，第2旅。總計兵力約為十五萬人。其中，第3師、第14師、第15師的戰鬥力最強。第二路以王懷慶為總司令，出朝陽以牽制奉軍，與奉軍李景林部對抗，下轄第13師及胡景翼師，總兵力約有四五萬人。第三路以馮玉祥為總司令，由古北口出赤峰以繞擊奉軍後背，下轄第11師及張之江、李鳴鐘所屬各部，總兵力約有七八萬人。吳佩孚還任命了張福來任援軍總司令，佈置在前面三路大軍之後，計有十路援軍，由陝、豫各省地方部隊組成。此外，還任命杜錫珪為海軍總司令，溫樹德為副司令，向遼東海灣活動。空軍組成4隊，分駐北戴河、灤縣、朝陽和航空處，合計飛機70餘架。
從以上排兵佈陣可以看出，秀才吳佩孚確實善於用兵，在直軍兵力佔盡優勢的情況下，三軍安排重點突出，後援佈置層次分明，體現了一定的縱深度。尤其是在對馮玉祥第三路軍的使用上，體現了其善用奇兵的戰略戰術。吳佩孚讓馮玉祥各部出古北口然後從赤峰側擊奉軍腹地，使奉軍陷入腹背受敵的窘境，如果這個計劃能夠得到貫徹實施，那麼張作霖就是有三頭六臂也難逃失敗的命運。但是這種情況到最後也沒有發生，原因是什麼？原因是民國赫赫有名的「倒戈將軍」馮玉祥開始了他歷史上最有名的一次倒戈。從前線古北口一直倒到了北京，直接把坐鎮後方的曹錕給倒掉了，相當於掏了直系的老窩。這次倒戈的成功對於馮玉祥意義重大，從此他成為獨霸西北的一方諸侯，並最終發展成為20世紀30年代與蔣、閻、桂齊頭並進的四系軍閥之一。而對吳佩孚來說，馮玉祥的倒戈，使他武力統一中國的夢想也像徐樹錚一樣徹底失敗。中國又喪失了一次統一的機會，重新陷入了無休無止的軍閥內鬥之中。
其實，歷史上最有名的「倒戈將軍」還不是馮玉祥，而是馮玉祥的下屬石友三。該君大概從馮玉祥那兒學到了精髓，首先拿自己的老師馮玉祥開刀之後，一發不可收拾，連著倒了五六個主子，民國最有名的軍閥包括馮玉祥、蔣介石、閻錫山、張學良甚至後來的共產黨，統統被他倒了個遍，到後來沒人相信他也不敢收留他了，他實在倒無可倒，只好去投靠了日本人，最終被原西北軍高級將領高樹勳誘捕並活埋了，估計要是活到抗戰勝利後，這日本人鐵定也還是要被他倒的。
馮玉祥的倒戈也並不是一開始就想倒的。他其實是個騎牆派，做好了倒的準備，但具體倒還是不倒要看風向，看時機。當年河南省督軍趙倜倒戈就是看錯了風向，以至於弄得滿盤皆輸。馮玉祥絕對不會做這樣的傻事，所以他的第三路還是奉命向古北口開進了，但卻陳兵古北口一線不動，絲毫也沒有與彭壽莘第一路形成南北夾擊之勢。非但不夾擊，還跟張作霖商量好彼此守住防線不打，來了個你好我好大家好的默契。張作霖最怕的就是馮玉祥在他腹地上插上一刀，現如今馮玉祥主動示好，豈有不照單全收的。就這樣，張作霖暫時沒有了心腹之患，於是傾盡主力到山海關一線去打彭壽莘。這彭壽莘苦啊，等於一路直軍接了人家兩路的奉軍，本來兵力佔優，這一下子兵力也不佔優了。好在彭是吳佩孚的嫡系猛將，兵來將擋，水來土掩，愣把個山海關守得嚴嚴實實。雙方在山海關不足15里的戰線上反覆衝殺，展開了極為殘酷的拉鋸戰，其戰事之慘烈，為之前的戰爭所罕見。特別是重炮、重機槍、地雷、飛機轟炸的使用，更是大大增加了傷亡率。在前沿陣地姜女廟的爭奪中，雙方甚至展開了大規模的白刃戰，死於刺刀之下的竟有兩千餘人，也是近代戰爭史上極為罕見的。
奉軍在山海關正面無法取得突破後，便轉到側面要地九門口進行攻擊。讓人很意外的是，直系同樣重兵把守的九門口要塞，居然被奉軍很輕鬆地攻破了，從而成為整個戰局的轉折點。九門口這麼小小的一個地方有這麼重要嗎？其實不是它本身有多麼重要，關鍵是九門口的失守，讓坐鎮北京的吳佩孚匆匆趕往前線，並調作為預備隊的直軍精銳第三師第六團以及第六旅前往增援，從而給了時刻關注戰局發展的馮玉祥以倒戈的機會，這才是最致命的。當時馮玉祥按兵不動主要是因為他心中有兩個可選項：如果戰場形勢不利於奉軍，那麼他將傾盡全力幫助直軍夾攻奉軍，從而奪取東三省，成為東北王；如果戰場形勢不利於直軍，那麼他將回師北京倒戈，推翻曹錕，把持中央大權。兩個方案中，後一個效果更好，得益更多，但風險也更大，因為吳佩孚一直留守北京，他不敢冒這個險，畢竟秀才吳佩孚不是那麼好對付的，所以他才要靜觀形勢那麼長時間。
如此關係全局的九門口之戰到底是怎麼回事？為什麼輕輕鬆鬆地就被奉軍奪去了，這就要從直軍內部矛盾說起了。當時守衛九門口的是直軍第十三混成旅，該旅是直軍的一支精銳部隊，在第一次直奉戰爭中立下大功。旅長原為董政國。曹錕就任總統後，調派第九師師長陸錦任陸軍總長並兼任總統府軍事處處長。陸錦所遺第九師師長一缺，由第十三混成旅旅長董政國升任。董任師長後，又調第十三混成旅第一團團長刁鴻圖升任第九師步兵旅旅長。而原第九師步兵旅旅長馮玉榮，則調充第十三混成旅旅長，該旅第一團團長則由該團第一營營長升任。曹錕這樣的安排是有原因的，說白了，就是想奪第九師的權。第九師當時直屬中央，是前任總統徐世昌培養的唯一一支忠於他的部隊。曹錕繼任總統後，當然要動這支部隊的腦筋了，這才有第九師師長陸錦調任陸軍總長，第十三混成旅旅長董政國升任第九師師長、第九師步兵旅旅長馮玉榮調任第十三混成旅旅長等情況。這個計策對於控制兩支部隊確實是成功的，但在戰場上卻產生了問題，即新任十三混成旅旅長的馮玉榮指揮不動部隊，其手下張、楊兩團長以馮非直系宿將，根本不把他放在眼裡，經常與馮玉榮產生齟齬。第十三混成旅奉令開到九門口、荒山口前線後，張、楊二團對旅長更是多方要挾和掣肘，不聽指揮。
10月6日午後6時，張團在九門口、楊團在荒山口分別遭到奉軍攻擊。兩個團長都向旅長告急，要求增派援軍。而馮玉榮在分配任務時，又沒有控制預備隊，因此無兵可派。但是張團長不理解，以為馮玉榮要在戰場上借刀殺人，於是很氣憤地率領衛兵先行離開戰場，準備向彭壽莘告狀。此時戰鬥非常激烈，奉軍無法得手。奉軍中有一個士兵是九門口人，知道有條小路可以爬上山頭。於是奉軍派了一個排繞道爬至張團陣地右後方山頭上，從其背後鳴槍射擊。張團的一個營長以為後方有變，急忙派人報告團長，而團長此時不在，眾部屬以為團長率先逃跑，於是全線動搖，紛紛潰逃。張團既已從九門口陣地退出，荒山口楊團亦隨即放棄陣地向石門寨方向撤退。至此，九門口和荒山口兩個重要據點相繼失守。旅長馮玉榮退至石門寨後，一籌莫展，又接到彭壽莘的嚴峻命令，實感無法完成恢復陣地的任務，又恐為軍法不容，隨即吞食大量鴉片，自殺身亡。奉軍乘勝進擊，佔領了石門寨。
消息傳到北京後，坐鎮後方的吳佩孚終於動身親赴山海關督戰了，並將自己保留為預備隊的第三師第十團、第六旅調往前線增援，收復了石門寨一線，穩住了防線。奉軍無法在山海關方向突破，就向兩翼即南面的沿海一帶和北面的三道關一帶進攻。在沿海一帶，奉軍姜登選的部隊在經過三天三夜的激戰後，陣地上屍體堆積如山，7000奉軍只剩下3000人，無力再戰；在三道關，奉軍郭松齡派了三個旅的兵力前去進攻，並相繼拿下第一、第二道關。但是吳佩孚親臨二郎廟進行就近指揮，並調來第三師第十團、第二十四師、第二十六師和第二十六混成旅進行反攻。奉軍在直軍的追擊下潰敗，雙方又回到了之前的對峙。至此，直奉雙方激戰月餘，雙方各有進退，勢均力敵，成了僵持狀態。