楊宇霆重任總參議後，認為己方在連山之戰中有必勝把握，原因是張軍佔據有利地形和堅固防禦工事，又有河道、大海作為屏障，易守難攻，而郭軍在天氣嚴寒的情況下，尚穿秋衣作戰，也必然難以持久。他對張作霖說：「大帥盡可寬心……只要我們頂得住，郭軍可不戰自潰。」張作霖受到激勵，於是更視連山、錦州防線為「救命」防線，將他能夠集結起來的四萬餘步騎兵全部投注於此。
張軍正在前線緊張備戰之際，一場百年不見的大風雪不期而至，一夜之間，連山雪深三尺，軍民都被弄得十分狼狽。張學良、張作相本質上說都不是善戰之人，一見這情況就慌了手腳，他們害怕自己的部隊守不住連山，迅速推進的郭軍在佔領連山後，反而將此處作為進攻錦州的橋頭堡，因而聯合給王之佑發來一份命令，要他將連山一把火燒掉。事關重大，王之佑去找李杜商量，李杜看完電報後對他說：「這是發給你的命令，得你拿主意啊。」
王之佑認為不宜馬上退出連山陣地，況且「連山上萬居民，都是你我鄉親，能看他們在數九寒天裡無家可歸嗎？」在王之佑的堅持下，兩人決定不執行上級命令，只是通知居民疏散。
1925年12月3日，郭軍到達連山，隨即對張軍防禦陣地展開進攻。雖然郭軍在實力上佔有壓倒性優勢，但因防禦工事相當堅固和完備，所以遲遲難以取得進展，同時官兵的士氣也很是不振。士氣不振的原因之一，是郭軍內部對於反奉的意見並不一致，即便是郭松齡認為信得過的一些軍官，也不能接受這種東北軍自家打自家的做法。在連山作戰的第一天晚上，其主力部隊中就有富雙英團以及其他兩個營拒絕服從郭松齡的命令，乘夜脫離指揮，投奔到了張軍陣營。
見郭軍推進困難，張軍方面便有人建議以富雙英團為引導，乘機發起反攻，但張作相缺乏韜略和魄力，主張慎重行事，沒有予以採納，致使己方與制勝之機擦肩而過。
就在張學良、張作相都以為起碼可以守住連山的時候，天公不作美，連山一側的渤海結冰了。有一首東北民諺這樣總結遼西的氣候特點：「小雪封地，大雪封河。」按節氣慣例來說，遼西當時連河面都封凍不了，何況渤海，然而在連日大風雪之後，氣溫逐日降低，為河海封凍創造了條件。渤海一結冰，行人可通，當天晚上，郭軍便採用迂迴戰術，由海濱出發，在繞過張軍正面防線後，潛入了左翼汲金純師背後。
第二天拂曉，郭軍前兵夾攻，對汲金純師陣地展開猛擊。身為師長的汲金純帶頭乘火車逃跑，部下亦無心作戰，幾個小時不到，左翼陣地就到了郭軍手中。左翼陣地系由張學良負責，他趕緊把預備隊調上來堵「決口」，誰知又中了郭松齡的誘兵之計，預備隊差點全軍覆沒，好不容易才逃出虎口。
左翼一垮，張作相的中路側面全部暴露在郭軍面前，張作相被迫下令全線撤退，郭軍僅用兩天時間便攻克了連山。
張作相和張學良急急忙忙地乘火車退至高橋鎮，為了守住高橋，張學良把原駐錦州的補充旅也調過來加強防守。不久，郭軍前鋒進抵高橋附近，張學良嘴上說要守，其實早已膽寒，在下令將河面上的大橋炸毀後即乘車東去，補充旅旅長朱繼先也不是吃素的，你跑我也跑，他也扔下部隊騎著馬逃走，只留下團長們在高橋指揮防守。
補充旅團長以下軍官不是郭松齡的親信就是他的學生，該團也原本便是郭松齡安在錦州的「釘子」，準備必要時裡應外合，張學良、朱繼先既已不在軍中，他們正好陣前倒戈，投向郭軍。於是作為反攻連山兼屏障錦州的重要據點，高橋又在最快的時間內丟掉了。
在連山、高橋之敗中，雖然前線張軍的傷亡並不是太大，但所擁有的大炮全部都被奪走了。1925年12月5日晨，消息傳入奉天，張作霖大驚失色。他認為如果再無援兵增援的話，將難以抵擋「郭鬼子」攻入奉天，於是連忙致電黑吉兩省，但黑吉兩省都表示短時間內抽不出兵。張作霖更加慌亂，當即命令內眷收拾細軟準備逃出奉天。帥府上下一通忙亂，家人們動用二十七輛汽車，才把所有家當全部送至日本南滿貨棧進行保存。
接著，張作霖又令副官購入汽油十餘車以及木柴等，擺在帥府樓前房後，然後說：「他媽拉個巴子，郭鬼子來時，給他剩一把掉嘴的茶壺和三個茶碗還有一個掉把的，別的別想。」