南北军事自上海、南京被北伐军攻占后，稍见缓和。孙传芳失势后，北洋军阀抗南的军事重担落在张宗昌身上，16年4月间张宗昌仆仆徐州、蚌埠，巩固此一战线防务。鲁军中重要将领第八军军长毕庶澄自退出上海后，由于毕曾和北伐军通款曲，因此有人向张宗昌告密。毕军一部分尚在青岛，张宗昌很担心毕在鲁境起义，引革命军入境，加以江南之战，孙传芳所辖浙军、皖军、苏军将领阵前起义者层出不穷，也可以说孙军不战而降居多，所以张宗昌对此一情势颇有戒心，乃令褚玉璞由徐州赶回济南，处置毕庶澄。4月4日褚和毕都分别被张电令召返济南，毕下车即被军署扣押，第二天在济被枪决，褚玉璞则转赴青岛收编毕的第八军，鲁张并以褚玉璞专任后防，另以许琨为前敌总指挥。曲同丰、朱泮藻、王翰鸣等均卸除军长职，旧五师予以解散。这是张宗昌整肃自己部队以避免作孙传芳第二的一个严厉行动。
至于孙传芳的军队，自和北伐军接战以来，屡战屡败，退守江北后，长淮亦不能固守，其亲信杨文恺、卢香亭因见大势已去，均背弃孙回到天津。
孙传芳北面既然尊奉张作霖，南方亦想输诚于北伐军，举棋不定，战意全无。传说蒋中正对于孙的投降条件，是要孙率所部攻鲁，以立功自效。孙既无战意，对攻鲁攻奉自感为难，孙的如意算盘是想保全实力，退出战场，坐山劝虎斗，养精蓄锐，以待两败俱伤。所以既不愿在徐海和鲁军作战，也不愿冲过镇江和北伐军争雄。
16年7月下旬，孙传芳与张宗昌联合南下，于25日进迫徐州，这时北伐军已抽调军队南返，预定留在前线作主力军的只有王天培部第十军，蒋中正乃回南京与何应钦、白崇禧、李宗仁三总指挥协商抵御孙传芳、张宗昌两军办法，7月23日徐州遂被北军攻陷。北伐军内部由于宁汉分裂问题，因此对于军事未能全力应付。
孙传芳既占领徐州，即分两路南下，一由津浦路攻蚌埠，一由宿迁侵淮阴。孙认为这是他东山再起的天大良机，所以不顾张作霖的电阻，亦不计及张宗昌在济宁及徐州东面为冯玉祥所牵制，分身乏术，难以南下应援的态势，一意行险侥幸，急急南下，于是爆发了龙潭之役。
龙潭之役在北伐史上，和汀泗桥、武昌、南昌等役同垂不朽。8月中旬北伐军前方各军陆续撤回长江南岸，蒋中正已下野，沿长江一带防御未臻稳固，但亦唯有利用长江天堑扼险防守，休息整补充实战力，待机转移攻势。
龙潭镇北临大江，是南京的唯一屏障，东南西面有宝华、汤山和栖霞山，控制京沪交通，亦足以威胁南京对外交通。孙传芳选择龙潭为渡河上陆地点，上可以迫近首都，下可以略取苏州和常熟，孙军渡河企图及各种准备事前异常秘密，且处心积虑，编成作战要诀十条如下：
一、南人多食米，北人多食面，北人随时随地可带面食，于作战时间上，并不受吃饭影响，南人则每日三餐，其所耗时间自必较多。现拟利用此点，延长作战时间，使之无吃饭余暇，或乘吃饭之时，加以猛烈攻击。
二、因鉴于赣省作战，用全力于第一线，为革命军纵长配备所击破，故亦宜改用纵长配备，以资对抗。是后之作战，应多置预备队，并以前仆后继，重叠兵力，为接续不断之攻击。
三、屡次战役，均因受便衣队之扰乱，每将大兵力妄置于无用之地，现应于主力未为我发现之前，不行正式作战，亦以少数相当兵力应付，俟认定主力所在时，则分途进攻。
四、因鉴于便衣队之效用甚大，亦应编制便衣队，协同作战。
五、联军官兵屡次作战，有不知利用地形者，有不肯利用地物耻胆小之名者，现鉴于伤亡之多，为爱惜兵力计，务严令所部，须切实利用地形地物，以减少损害。
六、在胜负未解决之前，纵获小胜，于稍加追击后，仍应退守原阵地，利用已成战壕及熟悉之地形，以便应战，至胜负已定之后，若获大胜，应加穷追。
七、在战斗开始之时，应注意侧面地形，于两翼酌派掩护队，以免受大包围。因近来作战，每因受侧面威胁及包围而失败。
八、南方官兵多躯干弱小，应利用冲锋与之实行白刃战。
九、联军之行军速度不若革命军之速，应多练习强行军。
十、令精于射击者，专射击革命军之军官及持党旗者。
孙传芳使用的兵力约5万人，其番号和指挥系统是：
安国军第一方面军团长孙传芳辖十一个师，四个混成旅，二个补充旅。
第二师师长李宝章
第四师师长上官云相
第七师师长粱鸿恩
第八师师长崔锦桂
第九师师长段承泽
第十师师长郑俊彦
第十一师师长马宝珩
第十二师师长苏埏
第十三师师长陆殿臣
第十四师师长刘士林
第十五师师长宋礼田
第十三混成旅旅长王乐善
第十五混成旅旅长王雅之
第廿九混成旅旅长梁春圃
第卅混成旅旅长徐松恩
第一补充旅旅长邵泽瀛
第二补充旅旅长高守和
北伐军分为四个指挥系统：
第一路军总指挥何应钦辖七个军：
第一军军长何应钦兼
第十军军长王元培
第十四军军长赖世璜
第十七军军长曹万顺
第十八军军长杨杰
第卅一军军长（不详）
第廿六军军长周凤歧
第二路军总指挥白崇禧辖五个军二个独立师：
第廿七军军长王普
第卅三军军长柏文蔚
第卅七军军长陈调元
新编第十军军长夏斗寅
新编第十一军军长马祥斌
独立师师长王金韬
独立师师长颜德基
第三路军总指挥李宗仁辖四个军：
第七军军长夏威
第十九军（原十五军）军长刘佐龙
第四十军军长贺耀组
第四十四军军长叶开鑫
海军总司令杨树庄
第一舰队司令陈季良
第二舰队司令陈绍宽
第三舰队司令陈训咏
16年8月中旬，北伐军在长江南岸分区布防，孙传芳军则乘革命军南撤，跟踪进据江北各城镇，并大量搜集船只准备渡江。8月20日孙军主力进抵全椒、含山、浦镇、通江集等处，同时扬州、六合、泰兴均有孙军出现，且自浦口车站向狮子山炮台发炮，并以步枪向下关射击。24日拂晓，孙军约一团以大小火轮拖曳民船于大胜关上游兔耳矶偷渡，天暗风急，行至中流被革命军守兵发现，即开炮射击，适值李宗仁乘决川舰下驶，陈调元乘舰上行道经该处，即命舰上卫兵分别发炮，孙军骤遭三面夹击，遂仓皇转舵回航。上湖乌江镇孙军亦乘民船数十艘自驻马河入江向南岸疾驶，亦被革命军击退。
8月25日夜至26日拂晓前，孙军于南京至镇江之间向笆斗山、乌龙山、栖霞山、龙潭及镇江五处实施渡河，其中笆斗山、镇江两处为佯渡，乌龙山为渡河掩护部队，栖霞山为助渡，主渡地点为龙潭。
26日凌晨3时孙军乘船十余艘由望江亭利用浓雾向乌龙山偷渡登岸，4时孙军三团乘舰百余艘抢攻，乌龙山炮台守军不多，附近高地曾被孙军占领，幸北伐军第七军及时增援，遂将乌龙山孙军击溃。
同一时间孙军由划子口抢渡，进攻栖霞山，革命军防守部队俱为久战疲兵，受优势之孙军压迫，不得已退据栖霞山高地，孙军跟踪追击，一举进占栖霞山及栖霞车站，截断宁沪铁路及电线交通。
同一时间孙军利用北风浓雾自大河口大举渡江，抢攻龙潭，龙潭守军仅革命军廿二师之六十四团，猝受强袭，势难抵御，26日天亮前龙潭车站遂告陷落。
至于由十二圩向高资、镇江方面偷渡的孙军及在八卦洲、笆斗山渡江之孙军均被守军迎头痛击，或歼灭于江边，或击沉于江上。
何应钦、李宗仁在南京接获孙军自乌龙山、栖霞山登岸消息，立即抽调第七军赴乌龙山增援，至正午12时获悉不但乌龙山渡江的孙军极为顽强，而栖霞山方面孙军亦如潮涌，宁沪之间交通业已阻断，遂以第一军廿一师驰援栖霞山，并调第一军第二师及独立第五十八团自下游夹击。
龙潭失守时，白崇禧适因公至无锡，据报后即一面令驻镇江第十四师师长卫立煌就近增援，一面电第一军第二师师长刘峙、副师长徐庭瑶速向镇江集中。
北伐军各路奉命驰援龙潭，卫立煌的第十四师因受镇江附近防区内孙军渡江部队的牵制，未敢移动，迨将该处孙军解决后，即率四十一团赶赴龙潭，抵达时天已入暮，遂乘夜向龙潭车站的孙军袭击，而龙潭车站西南一带高地尚在北伐军第廿二师第六十四团手中，正与孙军相持，卫师突自敌后出现，孙军猝不及防，一时惊溃，龙潭遂告收复。北伐军第一军第二师副师长徐庭瑶于常州车站接到白崇禧电令，即向镇江前进。27日傍晚抵达龙潭车站，正遇到孙军向龙潭激烈反攻，乃立即参加战斗，孙军攻势猛烈，前仆后继，北伐军虽拚力防守，但不能压制孙军的攻击，双方伤亡均极惨重，当天下午白崇禧至镇江督师，并大举向龙潭增援，但孙军亦增强兵力，至28日晚，在南京的军事委员会忽接白崇禧自镇江经由上海无线电台转来的俭电云：“敌向龙潭反攻甚急，请以第七军速向龙潭方面之敌跟踪追击，俾与东面之第一军部队夹击”，始悉龙潭方面孙军仍在反攻。
8月28日午夜龙潭再次被孙传芳军所攻陷，自龙潭退出的北伐军卫立煌师和徐庭瑶率领的第二师均向南京城集中。南京军事委员会常委何应钦、李宗仁两总指挥，认定孙军主力在攻占龙潭，乃飞调第一、第七两军主力由东西两面会攻龙潭，并急电在芜湖的陈调元军，在采石矶的贺耀祖军，在慈湖镇的叶开鑫军，在青阳的王普军，在大通的夏斗寅军分别担任长江上游的防御部署。并令海军司令陈绍宽派舰游弋于八卦洲、划子口、大河口、乌江镇等处以截阻偷渡的孙军。
白崇禧在镇江坐镇，28日下午第二师师长刘峙由上海赶回镇江，白即命刘乘原火车向龙潭增援，所有前线部队概归刘峙统一指挥，刘于当晚8时到达下蜀与龙潭之间的山口村东端，其所乘火车与由龙潭车站撤出之火车相撞，同时出轨，刘峙撞伤头部，官兵死伤200余人。刘峙带伤以电话询问在龙潭坚守的卫立煌，则电话已告不通，询诸相撞火车上之官兵，始悉龙潭已被孙军攻占，大部分守军向龙潭西南方沿南京大道撤退，刘峙一方面向白崇禧报告，同时即在山口村附近布防。
孙传芳军自8月26日起渡江南侵，昼夜偷渡，迄29日夜，孙军渡江部队均聚集龙潭，有第二、第四、第七、第八、第九、第十、第十一、第十三、第十四等十个师及第十五、第廿七、第廿九、补充第一各混成旅约达5万余人，据守龙潭以西之黄龙山，及南面之青龙山、虎头山，东面之大石山、雷鼓山各险要。孙传芳本人亦亲自坐镇龙潭水泥公司督战，拟以一部分向东南两面发展，以主力进迫南京。
8月29日夜，白崇禧以电话告诉刘峙，谓已电请南京方面的第一军部队和第七军部队于8月30日拂晓反攻龙潭。刘峙奉命后立即部署。而南京方面第七军副军长夏威率领第七军和第十九军自栖霞山展开攻击。何应钦则在东流镇准备反攻，以卫立煌为前敌总指挥，右纵队由徐庭瑶指挥，左纵队由陈诚指挥，预备队由楼景城负责。
8月30日凌晨革命军第一军第二师部队正拟转移攻势，孙传芳军突然发动全线总攻，来势甚猛，刘峙亲赴前线指挥。正危急间，适值独立第五十八团由团长桂永清率领赶来支援，稳住阵脚。南京方面的北伐军于30日午前7时发动攻势，孙军虽在各面反攻甚烈，但革命军之全线部队已能互相联系，渐成自东、南、西三方面包围。不过孙军据黄龙山、青龙山、虎头山、七星观一带山险，深得瞰制之利，坡急势峻，革命军仰攻甚难。孙军寸土必争，孙传芳及其所部高级将领均在龙潭督战，北伐军浴血奋进，逐一攻克青龙山、虎头山、七星观。一部分革命军突入龙潭镇街市，孙军乃仓皇向江岸溃退，当日午后5时完全克复龙潭。
31日午前5时，革命军正部署追击，孙军忽发动猛烈反攻，尤以对水泥公司及龙潭车站攻击最烈。这时何应钦及白崇禧已会合于龙潭，身临敌前，督率指挥，以第一军急行迎击，以第七军的一部自龙潭沿铁道向侵入水泥公司的孙军侧面压迫，至上午8时前，孙军遂向方家坝、袁家巷、花家荡、常天寺、小洲田、西老圩、舟子桥一带溃退，革命军分左右两翼追击，并以第三师师长顾祝同为总预备队。
31日午后2时，渡江之孙军除一部分逃回北岸外全部就歼。
这就是辉煌的龙潭之役。孙传芳军渡江进攻的不下六七万人，被俘孙军官兵3万余人，师旅长以上高级军官数十员，枪支4万余，伤亡无数。北伐军伤亡亦达8000余人。革命军押运俘虏者每千名俘虏仅配枪兵数名，既无火车运送，又无给养，因此孙军俘虏乘机逃逸者极多。
在龙潭会战时，北伐军即拟渡过江北，袭击孙军，并截击其退路，但江岸孙军广布，渡河材料亦形缺乏。龙潭大捷后孙军狼狈逃窜，国民革命军军事委员会遂于9月2日电令第一、第三两路军之一部渡江作战略上的追击。孙传芳军自龙潭败阵后仓皇北退，除一部分向津浦路乌衣、滁州溃退外，其主力均由六合，天长一带经扬州沿运河退却。孙传芳本人则化装为士兵，乘小轮到扬州，一面令其十四师师长刘士林在沿江收容溃军，一面以第四师、第七师、第八师及第十五师混成旅等部驻守扬州、高邮一带，然后即匆匆率第十师师长郑俊彦等共约五六千人，经淮阴、泗阳、宿迁，向徐州退却。兵败如山倒，孙传芳军亦不例外，北伐军渡江追击时，浦口孙军已闻风而遁。
9月上旬北伐军追奔逐北，追击部队区分为三部分，右翼军以第十八军军长杨杰为指挥官，中央军以第四十军军长贺耀祖为指挥官，左翼军以第卅三军军长柏文蔚为指挥官。
右翼军在杨杰指挥下，以第卅一军九十二师为右纵队，以第十四军为中央纵队，以第十八军为左纵队，自镇江附近渡江，向运河沿岸追击前进；自江阴附近渡江，分向泰兴、兴化、涟水及东台、盐阜一带追击。因各军曾奉杨杰通知，均须携带20日之给养，购军需时，渡江材料又不充分，延至9月6日以后始得渡江前进。其左纵队之第十八军进展最速，自渡江后，9月7日首将占据泰州、扬州、仙女庙一带之孙军击破而占领之，继即乘胜长驱，连克高邮、宝应各城，并于9月11、12两日，紧蹑孙军梁鸿恩、陆殿臣两部之后，先后大破之于淮安、淮阴一带，俘获3000余人，克复淮阴。右、中两纵队，亦进展至阜宁、涟水等处，即于阜宁、涟水、众兴、泗阳之线停止。
中央军之新编第十军，先于9月6日拂晓，由采石附近渡江，北岸孙军竭力顽抗，该军奋勇强渡，抢登彼岸，乘势向和州进攻，即占领之，同时第四十军之先头部队，亦渡至浦口，即以新编第十军向全椒进展，于10日攻克之，遂与第四十军协同进占滁州，嗣因左翼军进展迟缓，即于张八岭附近与明光之敌对峙。
左翼军各部队自合肥剧战后，前有孙军之顽抗，后有武汉上游之压迫，且其中之第十军、第十一军，均新易统帅，给养尤感困难，行动不免迟滞，致未能如期进展，故此次之追击，实际作战者仅中央军及右翼军而已。