冯玉祥的第二集团军将领看到阎锡山趁火打劫，非常愤怒，就活动通蒋压阎。8月间，代理冯玉祥任军政部长的鹿钟麟、外交次长唐悦良、卫生部长薛笃弼，应蒋方邀请去南京复职。冯部宋哲元派他的参谋长陈琢如去南京见蒋介石，弄到一些给养补充。阎锡山见此情形，大为着慌，深怕冯部将领与蒋恢复了往来，惟恐对自己不利，便急忙改变手法，在中秋节之夜赶往冯的住地，非常客气地拜见冯玉祥，答应与冯联合反蒋，让冯命令西北军先发难，山西的部队马上跟上。
在阎锡山的鼓动下，冯立即电令宋哲元、刘郁芬等克期举兵。阎锡山又派人和冯部将领接洽，答应对冯军粮秣等方面充分供应，信誓旦旦。冯部官兵早已看透了蒋介石排除异己的毒辣手段，在阎锡山的鼓动下，酝酿讨蒋计划遂起。宋哲元一面应付蒋介石方面派来的编遣委员，不露痕迹，一面调动部队暗中准备；同时电告南京的鹿钟麟、刘郁芬等脱身赴沪。
10月10日，西北军出兵潼关，讨伐蒋介石。这次由刘郁芬、石敬亭、宋哲元、孙良诚等27位将领联名通电讨蒋，宣布蒋介石毁党、误国等6大罪状。推戴阎锡山、冯玉祥为总、副司令。冯部所有军队共编8路，分路出发，各将领公推宋哲元为西北军总司令，孙良诚为前敌总指挥。
蒋介石大怒，以陆海空军总司令的名义，发表《讨冯誓师词》，大骂冯玉祥：“好乱成性，勾结暴俄、祸国殃民，既召外侮，又图称兵，内国本，外失威信，举国同仇，疾首痛心，全军愤激，师出正名，为党讨逆，为国牺牲，党亡与亡，国存与存，身为后死，誓不偷生，义无反顾，勇往急进，军法连坐，敌忾同心，内奸不除，国无幸存，叛徒不灭，民难安宁，歼除内奸，固我国本，肃清反叛，安我国民。”
双方在交战中，西北军连打胜仗，进展甚快。蒋介石一面对冯部用兵，一面派人到山西拉拢阎锡山，命令阎锡山部属朱绶先代理军政部长职，阎锡山立即作了反应，于10月15日电南京政府，表示对宋哲元等人的行动，当尽力制止。这完全暴露了阎锡山反复无常两面三刀的态度。
蒋介石任命讨伐冯军的5路总指挥是：第一路方鼎英，第二路刘峙，第三路韩复榘，第四路何健，第五路唐生智。总预备队总指挥为陈调元。运输总司令贺耀祖。蒋介石利用非嫡系军队去消灭异己。
由于阎锡山将冯军的军事机密向蒋报告，并接受蒋介石委任他为中华民国陆海空军副司令的命令，冯军受到阎锡山和蒋军的夹击之中，失败终成定局。11月21日，在郾城督师的蒋介石因需要回南京主持对广西方面张发奎、俞作柏的战事，电请阎锡山赴郑州坐镇指挥对西北的军务，令唐生智代理总司令职权，进行善后事宜。至此，反蒋军事暂告一段落。
被软禁在建安村的冯玉祥，得知因阎锡山背约，使西北军20万官兵陷于绝境，愤而绝食。冯绝食100余小时，经李书城等苦苦相劝，才复食。12月中旬，冯玉祥强烈要求亲往太原当面责问阎锡山，被阎派的驻兵跪地拦车挡回。
鹿钟麟化装成某要人的勤务兵，随某要人去建安村见冯。冯将用米汤在《三国演义》书内密书手令交给鹿，即免去宋哲元的代总司令兼职，另以鹿钟麟代理总司令职务，并令宋哲元、鹿钟麟等部将：“勿以我为念，设法联合韩复榘、石友三部，甚至不惜与南京方面修好，对付阎锡山，救他脱险。”
鹿钟麟返回冯军总部所在地西安，立即提出“拥护中央开发西北”的口号，冯亦派员向中央大员报告蒋冯战争第二期的真像，使蒋得知阎是阴谋挑起冯军第二次反蒋的祸首。蒋即派人向西北军表示，希望“合力倒阎”，蒋还致电阎锡山“恢复冯之自由”。鹿密派代表赴南京见何应钦，表示：如能给一批军火，即愿开往山西讨阎。这与蒋介石“联甲制乙”政策相符，因此一拍即合。鹿又派人与韩复榘、石友三联系，韩、石两人回话：“阎锡山好用权诈，搬弄是非，如不把他打倒，国家就不会太平。”鹿钟麟即给韩、石密电：“我弟如举兵入晋，兄愿受弟指挥。”
蒋的“削藩”使阎不寒而栗，加上历年来各方的反蒋活动大都与阎有牵连，使阎担忧。蒋、阎矛盾日益尖锐。这时，占据北平的唐生智又率部讨蒋，想争取阎的支持。他吸取冯的教训，要求阎锡山代拟讨蒋通电以坚盟信。阎氏答应了他的要求。但等唐起兵后，阎又联蒋反唐，使唐一败涂地。
蒋介石见阎的势力迅速膨涨起来，严重威胁着南京政府，便开始对阎动刀，从阎手中接收天津海关和长芦盐运使署等税务机关。阎大为不满，要求南京批准发行公债以资弥补，又遭蒋拒绝。阎得知蒋在北平秘密会见张学良，内心恐慌。阎锡山从郑州返回太原前，蒋曾密令韩复榘逮捕阎，走漏消息，使阎得以逃回山西。激起阎反蒋的决心，于是阎派王鸿一到建安村请冯玉祥来太原，共商讨蒋大计。冯未答应去太原，他忠告阎：“毒蛇螫手，壮士断腕，当断不断，反受其乱。”又批评阎的“骑墙政策”。
阎锡山于1930年2月10日发出通电，以“礼让为国”之名，请蒋下野。阎通电反蒋后，得到各方反蒋派别的支持，国内反蒋势力派出代表云集太原，形成空前的倒蒋统一战线。这些人中有国民党改组派陈公博、顾孟余等，西山会议派邹鲁、谢持，冯玉祥的代表李书城、李兴中，桂系代表潘宜之，四川刘文辉的代表胡畏三、刘湘的代表袁鸿吉，张学良的代表葛光庭，唐生智的代表袁华选，另处还有何键、石友三、韩复榘、万选才、马鸿逵、张发奎、陈调元、金树仁等，几乎包括了全部非蒋系各派势力的代表。他们不满于蒋之“三假政策”（假清党以篡党，假统一以窃政，假编遣以扩军），纷纷揭竿。他们在太原拟订了倒蒋的军事计划。
阎锡山亲自到建安村访冯玉祥。阎用诚恳的态度对冯说：“大哥来到山西，我没有马上发动反蒋，使大哥受些委屈，这是我第一件对不起大哥的地方；后来宋哲元出兵讨蒋，我没有迅速出兵响应，使西北军受到损失，这是我第二件对不起大哥的地方。现在我们商定联合反蒋，大哥马上就要回到潼关，发动军队。如果大哥对我仍不谅解，我就在大哥面前自裁，以明心迹，大哥回去以后，倘若带兵来打我的话，我决不还击一弹。从今以后，晋军吃什么、穿什么、用什么，大哥的军队也吃什么、穿什么、用什么，一律待遇，决不歧视，此心耿耿，唯天可表。”
言毕，抱着冯玉祥的头痛哭，冯亦痛哭。彼此表示：“同生死，共患难，反蒋到底。”并歃血为盟。阎立即送冯现款50万元，花筒手提机枪200支，面粉2000袋，作为欢送的礼物。冯也慨然表示：对于已往之事决无芥蒂，此后彼此一德一心，共同反蒋。
3月14日，冯玉祥秘密抵达潼关。同一天，阎、冯以及鹿钟麟、商震、张发奎、李宗仁等57人联名发出讨蒋通电，并推举阎锡山为中华民国陆海空军总司令，冯玉祥、张学良、李宗仁为副总司令。
但是，冯部高级将领却认为从战略着眼，应当联蒋伐阎，因为阎的为人奸诈，阴险，不可与其共事，只有首先把阎打垮，西北军才能巩固西北根据地，立于不败之地。冯不以为然，他说：“首先打垮蒋介石最重要，而要讨伐蒋介石就必须联合阎锡山。你们不愿干，我和鹿钟麟两人一人一枝手枪也要和蒋介石打到底。”
冯部将领见冯决心联阎，只有表示服从。在此次反蒋联合阵营中，冯玉祥的兵力最强，但反蒋的主帅却是阎锡山，而不是冯玉祥。4月1日，阎锡山、冯玉祥和自香港返回的李宗仁分别在太原、潼关、桂平宣誓就任中华民国陆海空军总司令、副总司令，其他将领也分别通电就职。但张学良不作表示，何键、刘文辉暗中接受委任，不肯公开通电就职。
讨蒋联军的部署是：桂军为第一方面军，由李宗仁统率，出兵湖南，并趋武汉；西北军为第二方面军，由冯玉祥统率，担任河南省境内陇海、平汉两路作战任务，分向徐州、武汉进攻；晋军为第三方面军，由阎锡山统率，担任山东省境内津浦路、胶济路作战任务，与第二方面军会攻徐州，然后沿津浦线南进，直捣南京；石友三为第四方面军，以主力进攻济宁、衮州、又一部协同第三方面军会攻济南；内定张学良、刘光辉、何键、樊钟秀为第五至第八方面军总司令。此外，任命石友三为山东省主席，万选才为河南省主席，孙殿英为安徽省主席，刘春荣为第15军军长等。
蒋介石采用一手软一手硬的对策。
所谓一手软便是争取冯、阎不反蒋。蒋电告第三集团军将领说：“切劝百川兄及早自拔，公私两全，固党国所利赖。”同时指使吴稚晖致电冯玉祥，劝冯屏弃干戈，以坚苦卓绝之精神努力建设，成功必不在禹下。蒋介石又派方本仁、何成浚、吴铁城等到太原，劝阎锡山不要发动战事，对阎进行拉拢。蒋又派阎锡山推荐去南京任监察院院长的赵戴文回太原劝阎锡山不要造反。赵对阎说：
“我在南京一年多，深知蒋的内部对他信仰很深，已经成了铁桶子，军队力量也很强大。你以为联合的人不少，这不是乌合之众吗。这些人见利则争，见害则避，打起仗来，哪能靠得住。你要打他，不是自取灭亡吗？”
阎锡山听了这番话，对讨蒋又发生了动摇。原来拟妥的讨蒋通电送给张学良征求同意，并请张学良署名后由沈阳发出，阎现在听赵戴文这么一说，便赶紧电告张学良暂行停发通电。张学良不知道阎锡山在搞什么鬼，就派他的秘书长王树翰到太原察看动静，认为阎是拿他耍着玩，对阎深为不满。后来阎再决心反蒋时，派人到沈阳向张学良解释，此时蒋介石早已抢先派吴铁城、何成浚、方本仁到了沈阳做了多方面的拉拢工作，阎派去的代表不再受张学良重视了。
蒋的一手硬对策，就是以军事力量打垮阎冯。蒋介石以国民党中央宣传部名义，编了《讨伐叛党祸国殃民的阎锡山冯玉祥》一书，将《国民政府拿办阎逆锡山令》、《讨伐阎锡山宣传大纲》、《讨伐冯逆宣传大纲》等予以公布。历数了阎锡山的11条罪恶、冯玉祥的7条“罪恶”。蒋介石还亲自发布了《为讨伐阎冯告将士》、《告国民革命军全体将士文》、《阎锡山扰乱党国叛迹昭彰》、《北方反动势力的丑态》、《阎冯勾结反动余孽捣乱情形》等。蒋介石将部队编为3个军团。第一军团由韩复榘统率，扼守黄河南岸以阻津浦路晋军南下；第二军团由刘峙统率，分防除州、砀山、宿县；第三军团由何成浚统率，与马鸿逵部布防于鲁西济宁、曹州，拒止石友三部；此外，以杨虎城部警卫南阳一带，范石生部警备襄樊一带。
4月6日，中原大战拉开序幕。4月中旬，冯进驻洛阳，万选才部占开封，万就任河南省主席，反蒋联军基本上控制了河南局势。5月1—3日，阎与冯先后在新乡、郑州会晤，商讨作战方略。
但战事一开始，反蒋联军就暴露出各怀异志的要害问题，且有指挥不统一的弱点，各部队均以保存实力抢夺地盘为目的，不肯努力作战。而蒋军方面攻势甚猛，且有空军配合作战，反蒋联军陇海东线于5月上旬一度陷于被动。由于刘茂恩部在豫东前线倒戈投蒋，劫杀了河南省主席万选才，又袭击了友邻35师杨效欧部，结果导致陇海前线阵地后退100余里。蒋军一口气攻占归德、围攻兰封，并将孙殿英部包围于亳县。讨蒋军石友三等部各存异心，不愿出力作战，蒋军乘势以精锐部队几路向北推进，在豫东、鲁西、皖北展开了大规模战斗，收攻击目标集中于陇海线上。蒋介石亲抵前线，设总司令部于兰封车站，坐镇指挥。蒋军有飞机配合，攻势猛烈。但冯玉祥立即作了新部署，全线开始发动攻势。冯玉祥派孙良诚、吉鸿昌两部猛攻蒋军精锐陈诚部，吉鸿昌素以骁勇著名，他身大体壮，满胸黑毛，肌肉横生，每到打仗，便赤身上阵，左手提短枪，右手握大刀，他身旁有两名大汉，一人执大刀，一人执大旗，三人同进，勇猛无敌。孙、吉两部同陈诚部一经接战，陈诚部便遭到很大挫折。激战10余日，蒋军全线动摇。
5月31日，冯玉祥部郑大章所率领的骑兵部队1000余人，于夜间急驰80余里，奇袭归德飞机场，烧毁飞机12架，俘虏机师和地勤人员50余名，差一点生擒蒋介石。蒋介石就在机场附近的朱集车站，他身边只有200余名卫兵，随蒋的高级参谋陈调元下令卫兵分布车站，密集射击，郑大章不知蒋介石就在列车上，郑部1000余名骑兵，误认为车站上有蒋军大部队兵力，又因夜间不便大举进攻，遇到抵抗，即飞驰而去。若郑部侦知真情，蒋介石即被擒拿。
石友三部以两师兵力绕渡柳河，夜袭蒋军，蒋军溃败，但石不了解敌情，未能乘机追击，反而后退。蒋军乘机反攻，转危为安，蒋还派特务间谍去开封、郑州一带专事反间工作，致谣言百出，人心不定，战局已入紧张阶段。
蒋介石在打了败仗时，同他关系密切之人问他：“今天消灭甲，明天消灭乙，闹得人人自危，这样发展下去，将来何以善后？”
蒋介石忿然作色而又十分自信地说：“只要人们要官要钱，我就有办法！”
在平汉线作战的蒋方部队都是杂牌部队，他们为了保存实力，抱观望态度，这时桂军已攻入湖南。冯玉祥为了配合桂军作战，下令向平汉线蒋军发动全线进攻，激战两昼夜，蒋军被击溃。但冯的作战方针保守而死板，没有乘胜追击扩大声势，动摇蒋方军心，造成战略上的一大失策。
桂军虽攻占了岳阳，由于冯玉祥未能和桂军的进攻配合，被粤车截断后路，桂军内部矛盾，后方不稳，被迫回师。
在津浦线上，阎锡山命傅作义为行营主任，代替自己指挥作战，可他又不放心，另委张荫梧为总指挥，使两人互相牵制，造成晋军指挥权不能统一。在开始攻击时，进展尚称顺利，5月下旬攻入鲁境击败蒋军韩复榘部。6月25日攻占济南。而后便兵分两路攻击胶济线与津浦线，遇到了蒋军猛烈抵抗。两军相持于曲阜附近。在此关键时刻，阎锡山忽然下令调整战线，适逢大雨山洪，部队滞留于转移途中，前后无着，在蒋军追击之下自陷混乱。而蒋军方面又调19路军在鲁东南海面登陆，直攻莱芜，晋军仓猝应战。攻击胶济线的部队进展迟缓，使津浦线晋军未得援应，首先处于劣势。阎锡山为了挽救被动局面，特派周玳携带大批现款、弹药和面粉到郑州见冯，请冯指挥陇海线各军发动大规模攻势。
6月上、中旬，冯军在陇海东线连连获胜，西北军的勇猛顽强作战，使蒋军产生了畏战情绪，士气低落。蒋军多次派飞机侦察开封后，决定组织新的攻势，于是令各军向目标开封长驱直入。冯玉祥依预先计划部署“一个口袋包围形势”。虽然冯的密电被蒋侦知后，蒋立即变更部署，使冯部的口袋包围计划，未能彻底完成，但蒋军也遭到惨重损失，这一历时3昼夜的战役，使冯军缴获汽车100余辆和大批辎重。
8月初，冯玉祥连连接到阎锡山转来傅作义的告急电报和阎本人的急电，便组织了大规模的8月攻势，以徐州为目标，兵分七路猛进，冯通电向各将领强调：“本破釜沉舟之决心，与敌作最后之角斗。”
冯发动8月攻势时，亲自坐镇在博爱村指挥全局，冯军1连奋战7昼夜，蒋军岌岌可危。但天时对冯军极不利，正逢夏时，连日大雨不停，士兵疲劳过甚，给养又极困难，攻势受阻。阎又违背了事先的约定，很少供给冯军给养和军火，阎供给冯军的饼干，早已霉烂得不能吃，晋军又未予有效配合。
蒋介石鉴于情势危急，为了确保退路，就分电令各路将领固守鹿邑、太和、阜阳、涡阳、蒙城、永城、夏邑和辜州各城，且明码标价，敌军来攻时能固守不失者，准各升2级，赏洋5万元。同时蒋介石也看到连日大雨不停，使冯军陷于颓势，而增强了信心。
8月15日，晋军放弃了济南，撤往黄河以北，数万人纷纷地抢渡黄河，被水淹死和在黄河铁桥上被蒋军的飞机炸死的不计其数，其状甚惨。此次战役，双方伤亡达20万人以上。22日，蒋介石发表训令，争取冯阎部将反正，24日，蒋再次下令悬赏各军，先占领巩县者赏洋20万，先占领洛阳、郑州者赏洋100万元。9月6日，蒋部发动对冯部的总攻。
冯玉祥也通令全军悬赏：活捉蒋介石，赏洋200万元；活捉何应钦、何成浚、刘峙者，各赏洋10万元。但是，冯军已趋于败势，重金悬赏已无济于事。冯坐镇民权村，在蒋军发动总攻后，沉着指挥各将领退却，希望在晋军协助下，挽回被动局势。冯致电阎要求晋军以大部兵力进攻济南，以少数兵力牵制津浦敌人，其余绕道口攻归德，并抽2万兵力运郑州。阎锡山为了保存自己的实力，已密令陇海线晋军全部撤回到黄河以北，使冯军形成孤立难支的形势。冯玉祥在中原战场上，多次被阎锡山欺骗，东援西突，损兵折将，大为心疼，痛骂“阎伯川这个老弟真不是个好东西”。
阎锡山在军事上失利之后，于9月9日上午9时，在北平怀仁堂举行了国民政府主席就职典礼。阎曾在7月13日在北平召开了由各反蒋政治派别参加的中国国民党中央党部扩大会议，并发表了《扩大会议宣言》。会后，阎派陈公博、邹鲁前往天津迎接由香港返回的汪精卫。汪精卫抵北平后便筹组以阎锡山为首的新的国民政府，他召开北平扩大会议，确定了筹备国民会议、倡导地方自治，不以党部代替民意机关等7项基本原则，并推举阎锡山、汪精卫、冯玉祥、李宗仁、张学良、唐绍仪、谢持7人为国府委员，以阎为主席，汪精卫、张学良、谢持为副主席。
不料，骑墙的张学良于9月18日发出巧电，东北军大举入关，支持蒋介石。
蒋介石为了拉拢张学良，曾在6月3日派李石曾到沈阳为年龄刚30岁的张学良祝寿，接着又任命张为陆海空军副司令，由张群将委任状及印信送到沈阳，劝张立即出兵入关。张学良抱着坐以观变的态度，希望由于局势的演变，或能使双方息争言和，停止内战。7月间，蒋介石又派刘光带有国民政府任命于学忠为平津卫戌司令、王树常为河北省主席的任命状交给张学良。后来，张学良到北戴河避署，蒋介石又派李石曾、张群、吴铁城、方本仁皆随同往。张学良名义上服从中央，举动上却以东北四省利益为前提而慎重考虑。在张群、吴铁城等不断催促下，张迫不得已，曾以口头向张、吴表示，如蒋军能将济南攻下，东北即可出兵，并以此意告知阎锡山的代表贾景德。蒋军攻下济南，阎军退至黄河以北时，张学良返回沈阳。
张学良召集东北军高级会议，他在会上讲了一番漂亮话，认为蒋、冯、阎都不是好东西，阎、冯二氏的为人，一向反复无常；蒋介石亦系一阴谋的野心家，在他的阴谋里，本想以军事解决西北，以政治解决西南，以外交解决东北。张学良表示：“我们为整个大局计，必须从速实现全国统一，早停内战。最近阎、冯的军队业已退至黄河北岸，蒋军业已攻下济南，我方似应实践出兵关内的诺言。”遂发出巧电，拥护中央，呼吁和平，进兵关内。
张学良的巧电一发出，对反蒋阵线是一致命打击。孙殿英、庞炳勋、刘春荣等立即脱离战场后撤，孙殿英是著名掘清室皇陵的枭雄，这班三山五岳的豪杰，殊非阎锡山所易驾驭。石友三早在冯玉祥发动8月攻势开始时就发生了动摇。阎锡山为笼络石，任命石为山东省主席。石若实行主席职权，便可接收韩复榘的军队，鲁事可告一段落。但阎又派自己属下人员跟石捣乱，晋军每占领一县就委派县长和税局局长，直接侵犯了石的职权和利益。当北平组织政府时，阎又反对石任军政部长。这就促成了反复无常的石友三秘密向张学良表示拥张倒阎。石趁冯、阎军退却时，拦路截击，危害颇大。
9月19日，北平扩大会议决定将阎记国民政府迁往太原，匆匆忙忙制定了一部《约法草案》借以收场，倒蒋运动就此结束。各派政客如鸟兽散。