讨逆的军事行动是6年7月7日开始，12日即告结束，前后一共不过六天，中间还有四天顿兵不进，真刀真枪的战事只有两天。
6日，讨逆军西路集中芦沟桥，东路由廊房开进到黄村，在丰台的辫子军便陷于腹背受敌的情势。张勋命令辫子军把丰台铁路破坏以阻止讨逆军前进，这一着引起了外交团的抗议，他们根据《辛丑条约》中“京津铁路行车不得中断”理由，派遣洋兵保护，修理车轨，恢复通车。这一来，对于辫子军是很不利的。张勋在抵抗讨逆军时，自知力量薄弱，他只带了辫军5000人北上，这个兵力只是用于象征式和威胁性，一旦正式作战，就太不够了。为了掩饰自己的脆弱，只好把非辫子军打头阵，辫子军则押后督战。7日他派吴长植的一旅和田有望的一团开赴丰台驰援，由辫子军二营押后。结果吴、田的部队还没有到达目的地，就倒戈相向，驻南苑的第十一师李奎元旅和十二师刘佩荣旅也乘势枪口对着辫子军，南苑飞机又飞住丰台向辫子军的阵地投炸弹，同时向清宫的乾清殿和中正殿也投炸弹，在宫中打死了一个人和一只狗。辫子军在这种情形下就狼奔豕突地四散逃之夭夭了。十二师师长陈光远由南苑赶到丰台，东西两路讨逆军便在丰台会师。由前线溃退的辫子军都退到北京永定门外，江朝宗下令关闭城门，不许散兵进城，张勋听了大怒，压迫江开城放进辫子兵。
这就是讨逆军的第一次战斗，不过是小小的接触，根本没有大战，因为在炮火中，火车仍然照开。这次战争辫子军败在北洋军对他倒戈相向，所以没有正式交手就败下阵来。张勋这时慌了手脚，他赶忙拍电给参加徐州会议的各省军阀，请求他们实践诺言，赞助复辟，停止进攻。张的电报说：
“前荷诸公莅徐会议，首由张志帅（张怀芝）、赵周帅（赵倜）、倪丹帅（倪嗣冲）、李培帅（李厚基）及诸代表揭出复辟宗旨，坚盟要约，各归独立。故弟带队北上，临行通电，谆谆以达到会议主旨为言。弟之担任调人者，以未得京师根本之地。及弟至津京，犹未敢遽揭出本题，盖以布置未妥，未敢冒昧从事，故请解散国会，听李九组织内阁，并请各省取销独立，皆所以示天下不疑。及事机已熟，乃取迅雷不及掩耳之计，奏请皇上复位。……乃诸公意存观望，复电多以事前未商为言。然徐州会议之要约，诸公岂忍寒盟？……同属北派，何忍同室操戈？……务恳飞速赞成，以践前约。”
讨逆军不费吹灰之力，一战而克廊房，再战而会师丰台，三战而兵临北京城下。东路讨逆军总帅段芝贵的捷报称：“逆军委弃辫发及鸦片烟枪很多。”廊房之战其实并未开火，该地防军为陆军第十六混成旅，段起用该旅前旅长冯玉祥，廊房遂不战而下。这时另一位旅长吴佩孚在曹锟手下任第三师第六旅旅长。吴、冯两人曾在四川与护国军作战，现在两人又参加讨逆战争。
7月8日，辫子军奉到张勋的命令，全部退入北京内城，集中于天坛、紫禁城和南河沿张宅三个地区。令步兵统领江朝宗派兵防守各城门，原驻北京城外的第一师第一旅张锡元部就乘势攻进了朝阳门。这一来北京城内可能爆发巷战，局势顿形紧张。北京警察总监吴炳湘乃匆匆地拜会张旅长，要求张旅退出，其理由是北京各城门已经由中立的步军统领接管。原来自张勋的辫子军退入内城后，北京变成了三重势力范围，驻守内城的是辫子兵，他们仍然悬挂五爪黄龙旗。中间一道是不挂旗的“中立区”，由江朝宗的部队分驻各城门，江朝宗仍用复辟后的九门提督伪职发出安民布告。既不称“中华民国”，又不称“大清帝国”，布告的后面还用阴阳两种历日。城外则是讨逆军，他们飘扬着五色旗（当时的国旗）。
张勋眼见大势已去，不由得慌了手脚，他派伪外务大臣梁敦彦到日本公使馆要求日使保护“皇上”，不得要领；这时黎元洪还住在日使馆，梁见到黎，向黎请罪。张勋又想仿李傕、郭汜的故智，纵火焚宫室，挟“幼主”出齐化门“西狩”热河，当然这也行不通。
这时候北京各城门布满了半月形的沙袋，南池子张宅门外架起了机关枪，市区的商店关门闭户，老百姓惶惶不安，因为他们恐怕辫兵重施民国2年洗劫南京的一幕，然而这一次张勋却很聪明，他知道北京的外国人很历害，所以辫子兵完全不似当年在南京那样烧杀劫掠，居然不妄取民间一草一木。
讨逆军没有积极进攻北京，是怕巷战后让这座古城毁于炮火，所以段祺瑞打算通过外交途径来解决一切。7月8日段祺瑞派汪大燮、刘崇杰入城和各国公使接洽，请其转达张勋，提出了以下的四项停战条约：（一）取消帝制，（二）解除辫子军武装，（三）保全张勋生命，（四）维持清室优待条件。同时派傅良佐、曲同丰入城办理遣散辫子军事宜。
各国公使推荷兰公使为代表，把讨逆军的条件转达给张勋的伪外交部，力劝张勋接受，并表示各国愿意承认张勋为国事犯而加以保护。
张勋眼见大势已去，乃作了一个如意算盘，他想通过外交关系，率领辫子军安全地退出北京，回到徐州老巢，同时他和雷震春、张镇芳联袂向溥仪提出辞呈，溥仪小傀儡皇帝当然批准，并发表伪谕，以徐世昌组阁，在徐世昌未到京以前，由王士珍代理。这自然也是张勋的主意，可以从张勋的通电中看出：
“复辟一举，声气相求，吾道不孤，凡我同胞各省多预共谋，东海（指徐世昌）、河间（指冯国璋）尤深赞许，信使往返，俱有可征。前者各省督军聚议徐州，复经写及，列诸计划之一。……本日请旨以徐太傅辅政，组织完全内阁，召集国会，议定宪法，以符实行立宪之旨。仔肩既卸，负责有人，当即面陈辞职。其在徐太傅未经莅京以前，所有一切阁务，统交王聘老（指王士珍）暂行接管。一俟诸事解决之后，即行率队回徐。”
张勋做梦也想不到，他的复辟美梦竟是昙花一现，而徐州会议时那些“唯大帅马首是胆”的督军们，竟然现在用“拖”和“等着瞧”的态度来看他唱独脚戏。在大势已去的情形下，他想一走了之。他想学袁世凯，袁当年上演洪宪称帝，皇帝做不成于是转回头要做总统，张勋如今复辟不成，也想回徐州去当大帅。
当段祺瑞通过外交团向张勋提出解决时局的四项办法后，张却用四句歌谣来作答复，他说：“我不离兵，兵不离械，我从何处来，我往何处去。”这时他已忘了那个他所拥立的小皇帝，有人问他怎样对清室作一个交待，他大声地说：“我太傻了，人人都很聪明，复辟不是我一个人的主张，也不是我一个人的愿望，复辟成功大家享福，如今干垮了拿我一个人受罪。这件事本来和清室不相干，干成了，小皇帝安坐龙廷，失败了，我一个人受罪。”
张勋想把北京的事完全推给徐世昌和王士珍，他认为这两个人，一是北洋派的元老，一是北洋派的重臣，有他们出来负责，北洋派的人心里会舒服些。同时，他直觉地认为北洋派并不反对复辟，而是反对他一个人包办，如今他把北京的善后交给徐和王，北洋派的人自不会赶尽杀绝，当然会放他一条生路，让他回徐州。他确是很痛心，深深感到自己是被一些军阀们出卖，因此，他觉得不论维持“大清帝国”，或者恢复中华民国，都让徐世昌之流去搞，自己越早脱离北京这个是非窝为佳。
张勋一再打电报，一再派人到天津来迎接徐“相国”到北京来辅政，当然，徐在这个时候怎还会跳火坑呢！不过他却有信给清室的“内务府大臣”世续，表示他对清室的关心，信上说：
“复辟一举，张绍轩以卤莽灭裂行之。方事之殷，早知元济。现在外兵四逼，张军已不能支。目前第一要义，则为保卫圣躬，切不可再见外臣致生意外。……优待一事，自必继续有效。昌在外已屡设法转商前途（注：此处指讨逆军），仍当竭力维持，以尽数年之心志。俟京中略为安宁，昌即来京，共图维系。”
这时，全国各地一片骂张勋背叛民国，从前参加徐州会议的人也没有一个出面替张辫帅讲话。
7月8日张勋的老朋友，曾做过袁世凯的重要幕僚阮忠枢才有函给徐世昌，请其尽力设法保全张勋的生命财产。阮忠枢的信上说：
“绍轩质直忠勇，饶有血性，惟脑筋太简单，思想太旧。……今铸此大错，其心可佩，其愚可悯。……枢为大局计，为私交计，不得不痛哭乞援于钧座之前。……务恳垂念二十余年师生之谊、故旧之情，为之设法保全生命财产。……”
传说据守天坛的辫子军有德国指挥官在内，还有说德国驻华公使辛慈与复辟有关，这是因为张勋曾反对对德绝交，而宗社党的劳乃宣又曾建议溥仪通婚于德皇威廉二世而引起的谣言。
7月9日起，讨逆军联合近畿的北洋军，兵临北京城下。第一师在安定门、广渠门、朝阳门外，第十三师在西直门外，第十一师的一部分在永定门外，第三师、第十二师的的一部在彰仪门外，第十一、十二两师的另一部在西苑，对北京采取了大包围。
复辟的局面是彻底的瓦解，9日奉天的第二十八师师长冯德麟投奔张勋，拥护复辟，眼见情势不对，想溜之大吉，不料才逃到天津，就在火车站被讨逆军拿获。10日雷震春、张镇芳、梁敦彦也自北京逃出，在丰台车站被捕。雷震春和张镇芳都是袁世凯称帝时的宠臣，如今参加复辟，时人称之为“双料帝制犯”。他们要求打电报给在徐州的倪嗣冲，可是电报也被扣留下来。只有那位善于化装术，号称文圣的康有为，抛弃了头品顶戴，扮成一个古朴乡下的老农，偷偷地逃过了沿途军警监视哨，他的财产在戊戌政变时被查封，民国3年发还，这次又被查封了。最可笑的是伪邮传部副大臣陈毅（前清中兴名将陈湜之孙）在黄村车站被捕，当地驻军叫剃头匠剪去他的辫子，要他具一张甘结，上写：“具结人陈毅，因参加复辟被捕，蒙恩不究，从此永不参预复辟，如违甘领重究。”写完才放他回天津，当时报上给他刊了一联：“不死万事足，无辫一身轻。”
10日张勋发出一个通电痛斥北洋派人物的背信弃义，出卖朋友，他说：
“变更国体，事关重大，非勋所独能主持。……去岁徐州历次会议，冯、段、徐、梁诸公及各督军，无不有代表在场。即勋此次到津，徐东海、朱省长均极赞助，其余各督军亦无违言。芝老虽面未表示，亦未拒绝。勋到京后，复派代表来商，谓只须推倒总统，复辟一事自可商量。勋又密电征求各方面同意，亦皆许可，密电具在，非可讳言。现既实行，不但冯、段通电反对，即朝夕共谋之陈光远、王士珍，首先赞成之曹锟、段芝贵等，亦居然抗颜反阙，直逼京畿。翻云覆雨，出于俄顷，人心如此，实堪浩叹。勋孤忠耿耿，天日可表，虽为群小所卖，而此心至死不懈。但此等鬼蜮行为，不可不布告天下，咸使闻知，以免混淆黑白。除将历次会议纪录并往返函电汇集刊印分送外，先此电达。”
11日，外国记者到南池子（张大帅公馆）去会见张勋，这位闯下滔天大祸的辫子大帅，态度很镇静，他向洋记者们从容谈话，他说复辟一事不是我独断独行，我只是执行北方各省督军们的共同主张，冯国璋有亲笔信（其实这是胡嗣瑗假冒冯的信）在我手中，而段芝贵和徐树铮怂恿我，段祺瑞不能说是不知情，我有他们签名的文件在手，我必要时会公布的，我决不会向他们投降。
讨逆军虽然把北京城包围起来，可是总想不战而胜，尽量避免在北京城内用兵。所以9日至11日，一方面由汪大燮、刘崇杰透过外交团从事和谈，另方面敦促王士珍从中奔走，只是张勋的态度很顽强，自恃有北洋派拥戴复辟的文件在手，所以坚不缴械，一定要自己带辫子兵回徐州。
由于和平解决无望，讨逆军决定攻城，汪大燮和刘崇杰找外交团商谈攻城计划。外交团仍推领袖公使（荷兰公使）答复讨逆军，同意攻城时间以12日上午4时至晚上12时为限，大炮只许发放实弹一发，其余则以空炮威胁辫子军投降。
讨逆军于是在11日晚间决定了作战计划，以第一师进攻朝阳门，攻入城后，即继续向南河沿的张宅进攻。第八、第十一、第十二各师由永定门、广安门进攻天坛，第三师由彰仪门进攻天坛及中华门。
12日拂晓，第二师进攻天坛，守天坛的辫子军约3000人，甫经接触，就挂起了五色旗表示投降。一小部分不肯投降的辫子军退往南池子张宅。
讨逆军攻势开始，一切都很顺利，主要原因由于辫子军完全失去斗志，讨逆军东路由朝阳门攻进东单牌楼及东安市场，西路由宣武门向北到西华门，残余的辫子军被迫集中到南池子一隅。占领宣化门的讨逆军，在城楼上架设了大炮，炮口对准天安门和南河沿的张宅。
就在这时候，又传来辫子军徐州老巢的消息，张勋手下第一员大将，留守徐州的张文生，率领定武军六十四营通电投降，不战而屈。张文生是沛县人，与丰市的李厚基同为苏北籍的北洋军阀。定武军在徐州投降后，头上的辫子都完全剪光，他们的投降使得在北京的辫子军更感绝望。
宣武门的大炮，于12日中午发了一炮，把南河沿的张宅墙头打了一个大洞，且引起了剧烈的响声和一片火光。护卫“大帅公馆”的辫子兵纷纷弃械剪辫而逃，就在这兵荒马乱的当儿，又累又气的“张大帅”，被两名荷兰人挟上了汽车，疾驰入荷兰公使馆。北京城内留下的是遍街可见的辫子，因为辫子兵逃亡时，一定要去剪掉辫子才得安全。过去几天，辫子代表通行证和取物证，代表特权，好似一道灵符，乘车可以不买票，上戏馆也不必要戏票，买东西更不需要付钱，调戏妇女也好像很应该，而今则是有了辫子就要遭殃了，所以辫子便毫不留恋地遗弃在街头巷尾。
这是讨逆军的第二次战争，也是最后一战，辫子军死了不到100人，其他则是逃之夭夭了。
在讨伐张勋的军事行动中，曾有空军助战，这是中国内战史第一次使用空军。
轰炸清宫是由段祺瑞的讨逆军派出南苑航空学校校长秦国镛，驾机在逊清故宫上空盘旋，投下了三颗炸弹。据废帝溥仪追诉这一次空袭说：
“宫中掉下讨逆军飞机的炸弹，局面就完全变了。磕头的不来了，上谕没有了，大多数的议政大臣没有了影子，纷纷东逃西散，最后只剩下了王士珍和陈宝琛。飞机空袭那天，我正在书房里和老师们说话，听见飞机和从来没有听见过的爆炸声，吓得我浑身发抖，师傅们也面无人色，太妃们的情形更加狼狈，有的躲进卧室的角落里，有的钻到桌子底下。这三个炸弹一个落在隆宗门外，炸伤了‘二人肩舆’的轿夫一名，一个落在御花园的水池里，炸坏水池子的一角，第三个落在西长街隆福门的瓦檐上，没有炸，把聚在那里赌钱的太监们吓了半死。”
当清宫被炸后，遗老们怎样应付这从未遇到过的大难呢？他们把这件事交托溥议的师傅梁鼎芬通过一个日本人名叫含泽的，请求日本驻北京的公使林权助致函段祺瑞的陆军第十二师师长陈光远停止轰炸，含泽是用东洋信纸写的草书信件，信里说：
“先刻承嘱之事，已有林公使函知陈师长注意（此信托由江统领转交），飞机再不可来攻矣。即颂晚安。名心叩。七日夜。即焚。”册内又有梁鼎芬的亲笔谢函一通，文曰：“昨日畅谈，深慰饥渴。又得阁下介绍林公使，飞机一事致书停止，遂得安静，情深至此，何以为酬。专此奉谢。含泽仁兄大人左右。弟名正顿首。林公使请代致谢为托。”信尾还有含泽写着“大日本使署，井畑大人启”十字。这两封信件，为什么会连在一起呢？原来梁鼎芬还有一个信封，写着“阅后请饬封还”，就是为着这些秘密函件不愿流传在别人手里。这两封信后面，还有陈伯陶的题跋，曰：“此复辟后段祺瑞遣陈光远攻京师，陈以飞机掷炸弹三枚入宫中，两太妃大惧，文忠（按：指梁鼎芬，下同）因吁日本林公使致书令停攻，来书所称陈师长即光远，复辟后二日授直隶总督，不至。江统领名朝宗，民国初为袁（世凯）所任用，复辟后一日授步军统领，兼京师税务监督，越日谢恩入见。末题七日夜即五月十九日也。含泽当为日本人，即文忠托其转吁林公使者。此事世多不知为文忠计划，观此两纸乃明。往闻忠武（按：指张勋）仓卒复辟，议成，夜告文忠，越晨，文忠往说总统黎元洪，使之退避。及败，段（祺瑞）出示都中，令军人勿侵犯皇室，亦文忠遣往解脱之计。复辟仅十日，文忠奔驶筹策，备极忧劳。”