出师不利，傅良佐决定调北军作战。任命第八师师长王汝贤为湖南军总司令，第二十八师师长范国璋为副总司令。兵分三路第八师和第二十师正面进攻衡山，湘军第二师第四旅为右翼进攻宝庆，从安徽调来的安武军进攻攸县。
民国后湖南的第三次南北战争开启（第一次是癸丑二次革命，第二次是护国讨袁）。
傅良佐进攻湘南护法军，表明南北军队在湘决战已势不可免。桂系决定组织军队援湘，以武力“驱逐傅良佐，收复湖南，以固两广门户”。
九月底，桂军陆裕光师先头部队进抵衡陽。
十月二日，陆荣廷在广西南宁召开军事会议，讨论援湘问题，广东督军陈炳焜、海军总司令程璧光等参加了会议。
陆荣廷慷慨发言，痛斥段祺瑞投降日本发动内战，号召出席全体人员签名宣誓，表示抵抗皖系军阀的决心。
会议决定由两广当局陈炳焜、谭浩明、程璧光、李耀汉联合通电，痛斥段祺瑞。列举段的罪行如主使公民团包围国会、主使督军团毁法叛国、任意发动内战等。
同时提出（一）迎黎大总统复职，（二）恢复国会，（三）罢免段祺瑞，（四）撤回湘督傅良佐的任命。
会议议定了援湘军事计划由两广出兵八十营（其中广东三十五营，广西四十五营），分编成五个军（由陆裕光、林俊廷、韦荣昌、马济、林虎分任军长），由广西督军谭浩明任两广护法联军总司令。
进军路线是马济率粤军出韶关入湘，经攸县、醴陵取长沙。桂军分成两路韦荣昌军由三江入湘，经新宁逼宝庆；陆裕光、林俊廷二军则出全州入湘，经永州（今零陵）、祁陽增援衡陽。两广军总的目标是会攻长沙。
湘军方面，北军大举南侵时，赵恒惕正在衡山居丧守制。
其旧部第一师官兵请赵火速回部。赵马上赶到衡阳。与刘建藩、林修梅等布署防御。
湘潭是北军进攻衡山的前进基地，有三条道路可通衡山
一由湘潭经株洲，沿三门、淦田、朱亭一线；一由湘潭经茶园铺，沿熊家桥、护湘关一线，此为陆路大道；一由湘潭沿涓水至福田铺一线。
为了抗击北军进犯，护法军的布防如下第一师师长赵恒惕指挥该师之第一、二两团（欠一营），在衡山、护湘关至茶园铺沿线设防，另将一个营配置于福田铺担任翼侧警戒；刘建藩所部数营防守淦田、朱亭；林修梅率该旅之第四团驻守岳后，防敌由永丰方向窜犯。
十月六日晨，南北两军开始在湘潭县属之西倪铺接战。护法军在衡山以北只有不足两个团的兵力，却要防守从福田铺至湘江边宽约十五公里的正面，力量分散；加上装备较差（除步槍外，仅有二门炮、二挺机槍），难于阻止敌人的进攻。
北军王汝勤所部由中路进攻，集中兵力，重点突破，连占茶园铺、中路铺和白石铺等要点，逼近护湘关。
护湘关位于衡山北十二公里处，两侧山势险峻，湘（潭）、衡（山）大路从山间穿过，是易守难攻之地。护法军在护湘关两侧高地构筑工事，重点设防。八日晨六时，北军分三路攻打护湘关。
护法军凭险抗击，“顽强异常”，“抵死不退”。战至次日凌晨，北军从侧翼突击，仰攻肉搏，护法军力不能支，遂弃关撤退。
护湘关落入敌手。
十月十日晨，北军进攻护法军在衡山北面的最后一个要点石桥铺。护法军控制附近高地，顽强抵抗。
临近中午，刘建藩派数营援兵赶到战地，让正在奋战的第一师士兵撤下吃饭。
但这些援兵多数是新兵，未经严格训练，缺乏作战经验，以致一有伤员，就惊慌后退。北军乘势冲击，护法军大败。
十月十一日上午七时，北军向衡山外围发起攻击。王汝勤亲率该旅第二十九团及工兵营、炮队由正面实施突击，以第三十团由翼侧抄袭。护法军据守城外据点的部队经不住敌军的猛攻，纷纷逃进城内，并牵动了守城部队。
护法军只得放弃衡山，分向湘江以东和衡陽退却。王汝勤旅遂轻取衡山。
在北京的段祺瑞心情为之一松。认为湖南指日可平。同时运送了大批慰劳品到前线犒赏士兵。
北军张纪旅行动迟缓，十月十一日由湘潭进抵株洲，翌日沿湘江东岸向南攻进。十三日在淦田乌鸦山与刘建藩之警戒部队遭遇。双方激战两小时，刘部不支后退。
张旅乘势追击，于下午七时攻占朱亭。十四日，张旅向衡山靠拢，拟配合王汝勤旅向衡山以南进击。但王汝勤由于作战顺利，便不等张旅跟进，即率所部向贺家山进攻。
贺家山位于衡山与衡陽之间，左接巍巍衡山，右倚滚滚湘江，北面是宽约数里的开阔地，山势虽不高峻，但北陡南缓，易守难攻，是防卫衡陽的天然屏障。
护法军控扼贺家山，封锁山下开阔地，进行顽强阻击，遏止了王旅的推进。
十月十五日，北军张纪旅也投入战斗。
此前，桂军第三军副司令贲克昭率领的先锋团和粤军第一军副司令邱渭南率领的三个营，也先后赶到贺家山一带，增援湘军。
从十月十五日起，南北两军各投入兵力万余人，在贺家山一带连日激战。北军旅长王汝勤和张纪组织部队对贺家山轮番进攻，但由于不讲战术，士兵盲目射击，徒耗槍弹、炮弹，因此虽付出很大代价，但战果不佳。
团长傅良藻（傅良佐之弟）战殁，部队死伤过半。加之秋雨连绵，山地泥泞，给不习惯江南气候的北军造成意外的困难。
北军连日强攻，毫无进展，只好转攻为守。湘南护法军在桂、粤军支援下，经数日激战，挫败了北军的进攻，但苦于弹药不继，也未发起新的攻势。
十月二十一日，程潜与陆裕光、贲克昭、邱渭南等桂、粤军将领在衡陽举行会议，商定下一步作战计划。
鉴于贺家山至衡山方向北军云集，护法军反击困难，而宝庆已为北军攻占，遂决定由赵恒惕指挥两团湘军并桂军贲克昭部，在原地实行坚守防御。刘建藩部出守大浦，警戒江右，而将主力向宝庆方向转移，拟出敌不意，收复宝庆，再图长沙。
计划确定后，林修梅即率所部湘军与桂军一部直趋宝庆，邱渭南之粤军三营右出攸县、新市，趋醴陵，威胁敌之后路。
再看宝庆方面。
湘军第二师第四旅旅长朱泽黄虽是湖南人，却死心塌地效力于北军。
傅良佐派兵进攻衡山时，开始对对宝庆方向暂取守势。派湘军朱泽黄旅进驻永丰，并控扼永丰与宝庆间的险要山地界岭（永丰西南三十公里），拟待援军赶到后，再行进攻。
湖南第二区守备司令周伟、第一师第三团团长宋鹤庚于十月二日在宝庆宣告自主。为了先发制人，立即率部东进，袭占界岭（时朱旅只派一营防守），前锋逼近界岭东面的青树坪，另以原永州守备司令谢国光率兵三营，经洪罗庙进逼马屋岭，袭击永丰之敌翼侧。
朱泽黄见要地界岭失守，关系重大，立即转守为攻。十月五日，朱旅倾巢出动，反攻青树坪。
战至次日上午，护法军不支，退守界岭。朱旅乘胜追击，猛攻界岭。护法军立足未稳，弃守而退，界岭复陷敌手。
朱泽黄夺回界岭后，以主力驻守该地，另以参谋长周诗率兵二营迎击进逼永丰翼侧之护法军。十月十日，周诗部于马屋岭击败谢国光之护法军，进据洪罗庙。
朱泽黄见翼侧威胁已经解除，遂于十八日组织部队由界岭向宝庆进攻。朱将所部分为两路，以第七团团长毛树峻为左翼指挥官，第八团团长周崇岳为右翼指挥官，两路相互策应，齐头并进。
十九日，朱旅攻占黑田铺（宝庆东三十公里），继攻陷洪桥（宝庆东十八公里），直抵宝庆城下。护法军据城抵抗一夜，于二十日撤离宝庆，退往杜家坪。
朱泽黄进占宝庆后，马上发出捷报。为表彰其战功，北京政府立刻发表朱为长宝镇守使，晋升陆军中将。
朱泽黄进占宝庆后，接到傅良佐令其速率主力增援贺家山北军的电报。遂留两个营守宝庆，亲率四个营于十月二十日出两市塘（今邵东），拟经洪罗庙趋援贺家山。
这时，贺家山战场已呈胶着状态。
十月二十一日，桂军韦荣昌部抵达衡陽。程潜为打破战场僵局，商请韦荣昌派出所部一个团，会同湘军李仲麟、谢国光部（共六营），由衡陽左趋渣江，拟经洪罗庙攻取永丰。
三十一日，韦、李、谢所部湘、桂军于洪罗庙与朱泽黄旅相遇。双方激战一日，朱旅不支，退守界岭，随又退至永丰。
数日后，林修梅也指挥所部湘军，在桂军陆裕光部配合下，向宝庆发动反攻，于十一月四日下午克复宝庆。尔后，林修梅派宋鹤庚团东进，拟配合在洪罗庙地域待机的韦、李、谢军进攻永丰。
永丰守敌除朱泽黄所部一个旅（欠二营）外，还有新从长沙赶到的晋军商震旅和北洋第八师第三十二团。上述守城兵力虽约一师之众。但由于朱旅已成惊弓之鸟，不堪再战，商旅新到，立足未稳，加上相互之间互不统属，所以防御能力并不很强。
十一月八日，湘桂护法军攻克界岭，继下青树坪。
十一日，护法军分四路进攻永丰李仲麟部由青树坪攻敌正面，桂军一部由石头山经下五里牌攻敌左翼，谢国光部由上五里牌攻敌右翼，另以桂军一部出三甲塘抄敌后路。护法军四面围攻，勇猛作战，北军渐呈不支之势。
下午又有由宝庆开来的湘军宋鹤庚团和桂军二营投入战斗，护法军攻势更猛。永丰守敌见后援不继，孤城难守，遂于傍晚弃城而逃。
朱泽黄旅逃向湘西，商震旅和第八师之三十二团逃往湘乡。 。