戰場形勢成了僵持狀態，此時馮玉祥的態度就成了戰爭勝敗的關鍵手，猶如楚漢相爭時韓信的態度一樣。韓信隸屬劉邦，助劉邦則漢勝，助項羽則楚勝。馮玉祥是屬於直系的，按其份內職責應當助直軍攻赤峰而兵臨錦州，如此張作霖必敗。但是馮玉祥沒有這樣選擇，他已經與皖系段祺瑞以及第二路軍副司令胡景翼取得了聯繫，倒戈計劃已經箭在弦上，不得不發了。在回師倒戈之前，馮玉祥還做了一件事，他向曹錕建議說，王懷慶第十三師開赴前線後，北京防務空虛，最好調孫岳第十五混成旅前來拱衛首都。曹錕沒有察覺到馮玉祥的陰謀，立即電召孫岳部至京。而孫岳此時已經是馮玉祥的人了。曹錕對拱衛首都的部隊沒有詳加審查，而輕率地引狼入室，這也是馮玉祥得以倒戈成功的一個關鍵。
對馮玉祥其人，吳佩孚也不是沒有提防的，只不過他用錯了人。當時他委託直系大將王承斌監督馮玉祥，王承斌其實是知道馮玉祥陰謀的，只不過因為保洛之爭，王承斌對吳佩孚早有意見，因此並沒有把這個秘密告訴吳佩孚。他當時以為馮玉祥倒戈只是倒吳佩孚，馮玉祥自己也是這麼說的。因此王承斌很想借馮玉祥之手剪除吳佩孚，以取代吳佩孚在直系中的地位。皮之不存，毛將焉附？可惜王承斌沒有明白這個道理，白白葬送了好局。
10月19日，馮玉祥在灤平召集了倒戈會議，與會者有鹿鍾麟、李鳴、張之江、鄧寶珊等人以及胡景翼的代表，各位將領一致同意回師倒戈。於是馮玉祥做了如下安排：
命令鹿鍾麟率第二十二師自密雲縣秘密回京，會同孫良城、張維璽兩個旅一起到北苑，再與蔣鴻遇旅匯合後入城；命令李鳴鐘旅自古北口直趨長辛店以截斷京漢、京奉鐵路交通，防止吳佩孚沿京漢、京奉鐵路運送兵力；通知胡景翼部自喜峰口南進佔領灤州、軍糧城一帶，截斷直軍歸路；命令張之江、宋哲元旅自承德返京，以增加倒戈後防守力量；派員聯絡熱河都統米振標，以爭取一致行動。
10月22日，鹿鍾麟率部抵達北苑，與蔣鴻遇、孫良城、張維璽會商後，即於當晚8點出發，12點抵達安定門，把守城門的孫岳命令士兵打開城門。由於有孫岳旅的暗中配合，倒戈部隊基本上沒費什麼功夫即佔領了北京全城。10月23日，總統府衛隊及曹士傑旅均被解除武裝，並由馮玉祥、胡景翼、孫岳等聯名發出主和通電。
10月24日，馮玉祥對已成光桿司令的曹錕提出了三個條件：第一，下令停戰；第二，免去吳佩孚本兼各職；第三，自動退位。曹錕身在人家屋簷下，沒有任何可以談判的條件，只得一一照辦。不過此時曹錕心裡面還存著一線指望，那就是正在前線的吳佩孚回京救駕。
吳佩孚在知道北京政變的消息後果然決定回京救駕，他把前線作戰任務交給張福來主持，自己率領直軍的精銳第三師、第二十六師各一部約萬人乘車回救北京。關於回京這一舉動，當時直軍中反對的比較多，認為馮玉祥既然倒戈了，那一定會在回京的路上部下重兵，倘若不勝，那就要面臨滅頂之災。因此有人建議倒不如保存實力，將部隊撤退到津浦路，控制住這條線，以與南邊的豫、蘇、浙各省直系勢力靠攏，轉入進可以攻，退可以守的有利形勢。應該說，這條建議非常有價值，當時南方的蘇浙戰爭剛剛以直系的全面勝利而結束，各軍士氣正旺，如果吳佩孚採納了此條建議，完全可以東山再起。
關於南方的蘇浙戰爭，作為第二次直奉大戰的誘因，它先於第二次直奉大戰爆發，也先於第二次直奉大戰結束，這裡簡單地介紹一下它的過程。1924年9月3日，直系江蘇督軍齊燮元率5個師另5個旅近4萬人，分兩路向皖系盧永祥軍佔據的淞滬地區進攻：主力3個師另5個旅，沿滬寧鐵路兩側鉗擊淞滬；另兩個師守溧陽、宜興，相機進攻長興。9月7日，盧永祥命令第二軍乘齊軍主力進攻淞滬之機，向宜興發起攻擊，佔領宜興以南之蜀山、湖傌等地。齊燮元從淞滬前線調兵回援，盧軍進攻受挫，兩軍形成對峙。吳佩孚急令鄂、豫、魯等地調兵援齊，又令福建督軍孫傳芳率閩、贛聯軍2萬餘人，於9月中旬由閩攻浙。防守仙霞嶺的盧軍一部倒戈，孫部直入江山、衢縣(今衢州)。盧見大勢已去，於9月18日離開浙江赴滬，並令第二、第三軍大部撤至淞滬地區固守。9月下旬，齊與各路援軍全力進攻淞滬，至10月13日先後佔領青浦、嘉定等地。盧永祥被迫出走日本，所部被直系收編。10月14日，齊軍進佔上海，戰爭結束。
蘇浙戰爭在第二次直奉戰爭進行到三分之二的時候就已經結束了，當時直奉雙方正處於互有進退、勢均力敵的膠著狀態。因此蘇浙戰爭中直系的全面勝利對於鼓舞直軍的士氣是很有幫助作用的，也意味著吳佩孚有充足的援兵可調。戰爭的天平那時從總體上是傾向於吳佩孚的，即使10月23日馮玉祥發動了北京政變，只要吳佩孚應對得當，採取上文所說的退保津浦線，與豫、魯、蘇等地聯成一體的防禦方針，由於直軍沒有遭到大的損失，那麼它就仍然是當時國內最大的軍事勢力，完全有能力也有機會捲土重來。可惜吳佩孚當時沒有這麼做，而是選擇了一條明知山有虎，偏向虎山行的道路。不明白吳佩孚為什麼要這樣，以他的軍事才幹，應當明白何種軍事戰略對他最為有利。據說是因為吳佩孚極其忠義，一定要回援曹錕，體現自己的忠心不二；又有人說吳佩孚過於自大，瞧不起馮玉祥，一向沒把馮玉祥放在眼裡。不管哪種說法，我都認為是有一定道理的，原因就在於秀才吳佩孚的書生個性——不離不棄，寧折不彎，這兩條就已經決定了吳佩孚必然回師北京。
10月26日，吳佩孚到達天津，將他帶來的部隊開往楊村佈防，對馮軍採取守勢。同時急電蘇、浙、鄂、豫等省部隊來援，要求齊燮元、孫傳芳的部隊由津浦路北上，蕭耀南、李濟臣的部隊由京漢路北上，兩路再加上自己這一路，一共三路大軍夾攻北京。如果計劃得以落實，這仍然是一條不錯的軍事方案，即以山海關彭壽莘的前線部隊擋住奉軍，彭壽莘素來勇猛，守住防線十天半月應該沒有問題；而蕭耀南是自己的嫡系，孫傳芳善於作戰，加上自己三路圍攻，兵力也佔優，馮玉祥確實抵擋不住。但是這一方案最終也沒有落實，原因是吳佩孚沒有想到的一個人浮出了水面。這個人就是以前被他推翻的皖系首領段祺瑞，雖然無兵，但影響卻非常大，他早就料到了吳佩孚可能會有這一手，因此在吳佩孚回師之前就派人做通了山東督軍鄭士琦和山西督軍閻錫山的工作。山東鄭士琦於11月1日宣佈中立，出兵滄州、馬廠，並炸毀韓莊的鐵路橋，使津浦線暫時不能通車；山西閻錫山也出兵石家莊，截斷京漢路的交通，使京漢線無法增援。
上述情況還不是最要命的，最要命的是灤州的失守。這灤州是直軍山海關軍隊的後方大動脈，灤州失守就等於切斷了山海關和天津之間的交通線，堵住了直軍的歸路。前文已經講過，馮玉祥安排胡景翼部來攻佔灤州，但灤州何等重要，僅憑胡景翼部是無法實現這一目標的。但是沒關係，胡景翼部已經不是胡景翼部了，它還包括奉軍的張宗昌部和李景林部。我們前面已經說過，直軍的第二路是以王懷慶為總司令，米振標為副總司令的，其下屬軍隊就包括胡景翼師，這胡景翼一撤，加上米振標暗通馮玉祥，熱河防線頓時就出現了大漏洞，基本上張宗昌和李景林部沒費多少功夫就隨著胡景翼一路南下，三路大軍在直軍後方攪了個天翻地覆，10月28日，張宗昌部佔領灤州，正在山海關前線作戰的直軍頓時軍心渙散，土崩瓦解；31日，奉軍佔領了山海關和秦皇島。歸路已被切斷的直軍退無可退，十幾萬人全被奉軍解除武裝，繳獲的槍支彈藥堆積如山。至此，吳佩孚就是再有通天本領也無力回天了。
十幾萬直軍被殲，大大鼓舞了馮玉祥軍隊的士氣，從10月31日到11月2日，馮軍面對吳佩孚帶到楊村的一萬多精銳部隊，以優勢兵力不間斷地進攻，逐步佔領了楊村和北倉，吳的司令部被迫移到軍糧城。這時奉軍張宗昌部又倒過頭來與馮軍一起對吳佩孚形成東西夾擊之勢。11月2日晚，窮途末路的吳佩孚被迫乘軍艦由塘沽逃離，自此直軍主力悉數被殲，直系也從權力高峰一下跌了下來，從此一蹶不振。這場戰爭實現了南方革命勢力孫中山先生所主張的各個擊破方針，為後來國民革命軍舉兵北伐創造了條件。
這裡還要提一提1924年9月份孫中山的北伐，孫中山為配合張作霖而出兵江西、湖南，以牽制直系孫傳芳部和蕭耀南部，但吳佩孚策動廣州商團聯合陳炯明部叛亂，為鞏固大後方，孫中山北伐軍只能緊急調回平叛，故未對第二次直奉戰爭產生任何影響。