吴佩孚在衡阳撤兵前后，呼吁和平，处处以国家民族利益为重，受到全国的喝采。可是到了直皖战争后，他就变成了好战的军人，他主张武力统一，和段祺瑞没有两样。自他率军到了湖北后，湘军一再表示愿意和平，全国也不愿见湖北再有战争，因此全国各界都有通电，主张停战。旅津的湘鄂人士黎元洪、熊希龄等均通电劝告曹吴不要迷信武力。梁启超电吴佩孚说：“勿将安福系之垢衣，取而自披于肩背。”吴佩孚对这些劝告，充耳而不闻。
16日吴又派海军总司令杜锡珪率领建中、江元等舰协助张克瑶、王都庆两旅，向已经进抵宝塔州、嘉鱼一带的湘军左翼进攻。
直军在前线的一切布置都已妥当后，吴佩孚乃下令派张福来为前敌总指挥，并下令扣留赵恒惕的代表，原来赵的代表钟才宏和唐义彬看见吴佩孚调兵遣将时就知道事情不妙，乃悄悄地离开湖北，回转湖南，只留下萧光义一人在汉口等着见吴。吴翻脸时，指萧光义捏造假情报欺骗赵恒惕，以致引起湘鄂战争，实为罪魁祸首，乃把萧扣留拘禁。同时吴向湖南提出了两个反条件：（一）湘军应完全退出湖北；（二）惩办制造战争的湘军师长宋鹤庚、鲁涤平。至于任命蒋作宾为湖北省长问题，吴表示可以由北京考虑，其余废督、自治和赔款等问题都谈不到。
赵恒惕获知吴佩孚翻了脸，大吃一惊，8月19日他到蒲圻召开军事会议，下级军官和士兵们推举代表见赵请求再战，因此赵于22日又下了攻击命令。这次战斗中，湘军兵士和军官们订立了“生死不退”的誓约，军官退缩，兵士可以擒而斩之，兵士退缩，军官可以在阵前执法，旅长以上军官亦须随时上火线督战。
直军方面吴佩孚也组织了督战队随军出发，只许前进不许后退。22日湘直两军在汀泗桥展开了争夺战，湘军被阻于强烈的炮火网不能前进，这时赵恒惕已上了火车，准备折回长沙，看见战地情况不妙，乃又跳下火车来组织了敢死队，每人犒赏了20大洋，冒着炮火冲锋前进，一鼓作气夺到了直军的四挺机关枪，直军被湘军的勇猛攻势所吓倒，只好向后退却。
赵恒惕看见直军已后退，才重新再上火车回长沙。
23日直军增援反攻，战况激烈。24日湘军再度施威，把直军压迫到汀泗桥以北，于是汀泗桥火车站重入湘军之手。
25日靳云鹗旅被湘军包围，但是战场上发生了一个意外，由于直军遗弃了很多枪枝，湘军纷纷争夺这些战利器，于是直军便乘机反攻，湘军抵挡不住，向蒲圻和赵李桥败退。同时湘军右翼独立旅旅长易震东忽然率部倒戈，使湘军右翼发生动摇，径向通城迅速撤退，易震东是葛豪的表兄，葛豪曾做过吴佩孚的副官，后来加入湘军，一直升到铁道警备队司令，湘军“援鄂”前，赵恒惕派他去见吴佩孚，探访吴对湖北问题的态度，吴把葛留了下来。湘鄂战启，铁路警备队改编为独立旅，赵恒惕便以葛的表兄担任独立旅旅长。
战场形势突变，吴佩孚又叫海军在金口决堤淹湘军，左翼湘军因之也不能立足，由簰州、嘉鱼向临湘迅速撤退。
赵恒惕在长沙获知前线战况不利，乃于26日再赶赴前线，告诫官兵不得再退，并且亲自处决了两个作战不力的团长。由于统帅的亲临，才使湘军阵脚稳定了下来。
赵恒惕用全力应付当前的敌人，他把“援桂军”谢国光部从桂林调回，不过负嵎湘西的蔡巨猷、陈渠珍各部都调不动，所以比起强大的直军来，就有小巫见大巫之感。同时，军火无继，饷糈困乏，本来湘军一心想打下武汉，可以从汉阳兵工厂补充弹药军械，现在这个计划落空了，加上湘军久战疲劳，和新投入战斗的直军相比不免相形见绌，而吴佩孚陆续调动了海陆军，源源补充，士饱马腾。两者对照，湘军完全处于劣势。赵恒惕原来就不太赞成“援鄂”用兵的，他最担心的，就是可能召致吴佩孚的迎击，现在不幸而料中了，一切都和他担心的一样。他不愿见这场军事赌博失败，在饥不择食的情况下，他收容了在广西不能立足而逃到永州的桂军沈鸿英部。张辉赞向赵建议，主张解决沈鸿英，改编他的军队。可是赵宅心忠厚，认为沈穷而来归，处决他殊为不义。因此他给沈鸿英以“湖南援鄂自治军第三军”的番号，令其火速开赴前线。
同时赵曾电请陈炯明派军入湘应援，这时桂系已经瓦解，陈炯明为了履行湘粤同盟义务和巩固西南“联治派”的联合阵线，所以把粤军中的湘籍部队编为“援湘军”，派洪兆麟为总指挥，即日赴援。
可是，时间已来不及了，8月28日杜锡珪率领军舰七艘，运载北洋军第四十八混成旅、山东第一混成旅、湖北第四混成旅和第十二混成团，紧紧尾随在日本军舰的后面，由螺山向岳州上驶。湖南既无海军，江防又很薄弱，又不敢随便开炮，怕误伤日本兵舰，北方军舰遂得顺利通过洞庭湖而抵岳阳楼下。