日，张勋以胜利者的姿态，偕新任国务总理李经羲及帝制分子刘廷琛、胡嗣瑗、万绳械、张镇芳、雷震春等到京。黎元洪特开中华门，以黄土铺路，迎接张勋。张勋声势极为显赫，"恍若讨征成功之帝王"，道旁军警林立，由前门车站直抵公府，沿途军队不下万人，附随的汽车达百余辆。张勋进京后，一面通电各省，令其取消独立；一面求助于冯国璋帮助疏通各省军阀支持李经羲组织内阁。19日至22日，独立各省相继取消独立；天津"各省军务总参谋处"也于22日宣布撤销；24日李经羲宣布就职。复辟派的死硬分子刘廷琛、胡嗣瑗、万绳栻、张镇芳、雷震春等不满张勋中止复辟之举，骂他欺君卖友；并煽动栖息津、沪的清朝遗老密函张勋，谓现在"民国已无存立之理，自非复辟不能立国"，"称兵各督，已与乱党结不解之仇，非归命朝廷，依附义旗之下，无以自处"，逼其立即树起复辟旗帜。又蛊惑张勋说："公进有万全，退无一是；进有不世之功，退有不测之祸。孰得孰失，不待智者而决矣。""我公智深勇沉，乘时而动……七载以来，几经艰难困苦，始有此千载一时之会，虽天所相，实我公之精诚有以感之。万世瞻仰，在此一举。"6月27日晚，早已由维新派堕落为保皇党党魁的康有为带着预先拟好的伪诏十余道，并携同沈曾植、王乃徵等人秘密潜入北京，为张勋复辟推波助澜。康有为在民国建立以后，一直与清朝遗老遗少沆瀣一气，诽谤共和，鼓吹君主制。到北京后，眼见多年的梦想，就要变为现实，非常得意，途中特赋诗一首，诗云："廿载流离逐客悲，国门生入岂能知。长驱津浦有今日，大索长安忆昔时。朝市累更哀浩劫，天人合应会佳期。西山王气瞻葱郁，风起云飞歌有思。"在复辟派的鼓噪下，张勋决心不顾一切，发动复辟。28日晚，张勋与康有为、沈曾植、王乃徵、张镇芳、雷震春等在张勋私宅举行会议，决定了复辟计划。30日傍晚，张勋偕刘廷琛等潜人清宫，与溥仪的师傅陈宝琛举行御前会议，将复辟计划告知清室。会后，张勋到江西会馆听戏，同时飞调驻扎在天坛的辫子军和驻在南苑的第十二师（陈光远统率）人城，被步军统领江朝宗所阻。夜12时，张勋返回住所，召集京、津警备司令王士珍、江朝宗及京师警察总监吴炳湘、陈光远、李进才（第十三师师长）及康有为、梁鼎芬、刘廷琛等开会，当即宣布欲行复辟，继而厉声逼迫王士珍、江朝宗立开城门，放辫军人城。王、江面面相觑，不敢反抗，于是北京城门洞开，放辫军尽人。7月1日凌晨3时，张勋身着朝服，头戴红顶花翎，率领刘廷琛、康有为等50余人乘车进宫，早已做好准备的溥仪即在养心殿召见张勋等人，张勋率领众人匍匐在地，向溥仪行三跪九叩大礼，奏请复辟，说是"共和不合咱的国情，只有皇上复位，万民才能得救"。溥仪自谦了一番之后，表示接受"奉还大政"，立即"复位"的要求，宣布实行复辟。当天，一连下了由康有为事先拟好的《复辟诏》等19道伪谕，主要内容为：
下诏即位。宣布自即日起"临朝听政，收回大权，与民更始"，改民国六年（1917年）为"宣统九年"。（2）锡封张勋为忠勇亲王，黎元洪为一等公；并诡称黎元洪"奏请归还国政"。（3）恢复宣统初年官制，现任文武大小官员照常供职。（4）增设议政大臣，授张勋、王士珍、陈宝琛、梁敦彦、刘廷琛、袁大化、张镇芳为内阁议政大臣。（5）授各部尚书：任命梁敦彦、张镇芳、雷震春、朱家宝、王士珍分别为外务、度支、陆军、民政、参谋各部尚书。（6）授万绳栻、胡嗣瑗为内阁阁丞。（7）授徐世昌、康有为为弼德院正、副院长。（8）授总督和各省巡抚。总督仅设三人：张勋、冯国璋和陆荣廷分别为直隶、两江、两广总督。原各省督军改称巡抚。在复辟上谕中还宣布，对内完全恢复封建统治秩序，"以纲常名教为精神之宪法，以礼义廉耻收溃决之人心"。对外，宣布自1917年以前，凡与东、西各国正式签订的条约及已付债款合同，一律继续有效。当天，张勋还通电各省，攻击辛亥革命"创改共和，纲纪隳退，老成绝迹，暴民横恣"，宣称只有改行君主立宪，才能享数百年或数十年之"幸福"。同一天，张勋派梁鼎芬、王士珍等赴总统府逼迫黎元洪在"奏请归还大政"的奏折上签名盖印，黎严辞拒绝，表示："民国系国民共有之物"，"余不能私相授受"。并怒斥王士珍等："毫无心肝，背叛民国！，’遂于次日电请副总统冯国璋代理总统职务，重任段祺瑞为国务总理，率兵讨逆。继而在张勋逼迫下，驱车避入东交民巷日本使馆区，日本公使依据国际惯例，予以保护。自7月1日起，警察强迫北京居民悬挂龙旗。蜷缩于各地的封建遗老遗少，听到溥仪重新坐龙廷的消息后，像冬眠刚过的毒虫，从各个黑暗的角落里呼啸而出，弹冠相庆，称心快意。有的急忙从箱底里翻出密藏着的红顶花翎，有的到古衣铺里抢购古旧朝服马褂；有的到戏装店里定做以马尾制成的假发辫，个个穿戴整齐，沐猴而冠，招摇过市。"有识者则指于道旁曰：‘此某尚书也，此某侍郎也，某巡抚也……’"张勋的倒行逆施，遭到全国人民的强烈反对。孙中山在上海发表《讨逆宣言》，号召各省革命党人出师讨逆，并召集党人制定了"扫穴犁庭"的军事计划，决定派军舰三艘，星夜开往秦皇岛，迎黎元洪南下，在沪组织政府以反对复辟。在资产阶级革命派的推动下，全国各地掀起声讨张勋复辟的高潮。北京《国民公报》、《大中华》、《真共和》等十几家报纸一律停刊，表示抗议。上海《民国日报》发布《讨逆檄》，严正宣布张勋、康有为已成为民国叛逆，"再有言调和者，国民当以国贼视之"。其它各报连载《普天同愤录》，以大量版面发表各方面谴责复辟的通电。支持复辟的报纸只有康有为办的《国是报》，却因排字工人拒绝排印而停刊。天津、武汉等处报纸也都连连载文，口诛笔伐，痛斥张勋叛国复辟罪行。上海、两广、两湖等地区各阶层人士以及海外华人纷纷组织集会，成立团体，发表通电、公函，愤怒声讨复辟罪行，号召各界"投袂奋起，群策群力，共拯危亡"。在张勋的家乡江西，群众纷纷集会，指责张勋这具"怪胎"，给江西人民带来耻辱。在群众愤怒的谴责下，刘廷琛和万绳杭（亦为江西人）的家属都不能在家乡安身。各地反复辟斗争的广泛性和群众性，表明经过辛亥革命的洗礼，要求民主共和，反对封建专制，已成为不可抗拒的新潮流。
张勋复辟丑剧登场后，段祺瑞决心利用这一时机重新登台。7月3日段祺瑞向全国发表反复辟通电，并组成"讨逆军"。4日讨逆军在马厂誓师出发，辫军不堪一击，顷刻瓦解。张勋扶植的溥仪复辟仅12天即告流产。7月11日夜张勋在外国人保护下逃往荷兰使馆。1923年病死于天津。
段祺瑞"讨逆"
7月1日，复辟派头目张勋借"调停"继任总统黎元洪与国务总理段祺瑞政争（5月23日段祺瑞被黎免职）之机，悍然在北京城内挂起龙旗，拥清逊帝溥仪登极复辟。次日，黎元洪在张勋武力威胁之下，避人东郊民巷日本使馆区，临行前派人赴南京特委冯国璋代理总统职务；又派人赴天津，重任段祺瑞为国务总理，并命其兴师讨逆。
当年5月段祺瑞被黎元洪免职后，一直躲在天津筹集力量，准备驱走黎元洪，解散国会，以卷土重来，重掌政柄。他一面怂恿、支持皖、奉等八省北洋督军宣布独立，对黎元洪施加压力；一面于6月2日在天津成立"各省军务总参谋处"，将各省北洋军阀、研究系、交通系政客等拥段力量聚集门下，而以洪宪帝制要犯雷震春为总参谋。段还打算成立临时政府，拟赶黎下台后，举徐世昌为大总统，建立以段为核心、以共和为招牌的个人独裁政权。为创造最有利的时机，他表面上常常扬言，只要张勋复辟，他"必尽力扑灭"；暗地里皖系骨干、段的智囊徐树铮却竭力唆使万绳械（张勋的参谋长）在张左右鼓动复辟。徐树铮并出席了张勋在1917年5月下旬召开的策划复辟的第四次徐州会议，当场表示：段祺瑞虽然不能公开支持复辟，但只要达到解散国会和驱黎的目的，其他一切在所不计，默许了张勋的复辟计划；又在私下里对其同党说："张勋是复辟脑袋，先让他去做，我们机会就来了"，流露了利用张勋复辟以卷土重来的真意。7月2日，段祺瑞在天津得知张勋发动复辟、并接到黎元洪重任他为国务总理的命令后，立即召集左右商讨对策，决心利用这一有利时机，重新登台；同时因另立临时政府、举徐世昌为大总统的计划遭到美国等列强的反对，故此决定接受黎元洪的任命，就任国务总理，以达名正言顺便于号召之目的。当日晚，段率靳云鹏、张志潭、梁启超、汤化龙从天津赶赴马厂，策动驻马厂的第八师师长李长泰、驻廊房的第十六混成旅旅长冯玉祥及驻保定的第三师师长曹锟，联合所部组成"讨逆军"，于7月3日在天津马厂第八师司令部举行誓师，组成"讨逆军总司令部"，公举段祺瑞为讨逆军总司令，段芝贵为东路讨逆军司令，曹锟为西路讨逆军司令，段祺瑞自领第八师，任中路军司令。以梁启超、徐树铮、李长泰为讨逆军总部参赞。其他研究系政客汤化龙、交通系政客叶恭绰等均参加了总司令部，分任职务。当日，段祺瑞在马厂发表由梁启超起草的反对复辟的通电，电文指斥了张勋怀抱野心、妄图推翻共和国体的罪行，表明了反对复辟帝制的立场。如说："天祸中国，变乱相寻。张勋怀抱野心，假调停时局为名，阻兵京师，至七月一日遂有推翻国体之奇变。窃惟国体者，国之所以与立也，定之匪易。既定后而复图变置，其害之中于国家者，实不可胜言。""今日民智日开，民气日昌之世，而欲以一姓威严驯伏亿兆，尤为事理所万不能致。"但它不从共和制度优、专制制度劣方面立论，而仅认为国体"定之匪易"，"既定"而不可复改；"民国肇建"，不是中国人民长期奋斗的硕果，而是由于"前清明察世界大势，推诚逊让"；所以反对复辟，不是为保卫共和，而是由于"既已服劳于民国，不能坐视民国之颠覆分裂而不一援。且亦曾受恩于前朝，更不忍听前朝为匪人所利用，以陷于自灭。"——仍援不事二主、不做"贰臣"之封建观念。在这里，可以清楚地看到"先朝旧臣"的本色。同日，段祺瑞又以"讨逆军总司令"名义发布讨逆檄文。这个檄文除了从政治上讨伐张勋擅变国体以外，还交代了"讨逆军"的政策：仅孤立打击张勋一人，余者不咎，甚至为清室开脱罪责，说清室本不愿复辟，乃系受张勋强暴胁迫，故清室优待条件仍然有效。冯国璋也于3日在南京发表讨逆通电，指斥张勋借"调停"时局之机，"擅行复辟"的罪行，表示"誓扫妖氛"，"刻日兴师问罪，殄此元凶"。4日，冯、段又联合发表讨逆通电，列举张勋八大罪状，表示要"整率劲旅"、"犁扫贼巢"，使"国命重光"。而在所列八大罪状中，有三条是指责张勋"危害清室"之罪，并极力为清室开脱干系，表明军阀反复辟的不彻底性。
段祺瑞讨伐张勋复辟，得到了日本的大力支持。日本政府在大隈重信内阁时期曾纵容宗社党复辟清室，而自1916年10月寺内正毅上台后，改变方针，全力扶植段祺瑞，明确反对张勋复辟。寺内的心腹西原龟三于6、7月间一直潜伏于天津，为段出谋划策。继而又派出青木宣纯中将帮助段策划军事。从7月1日至6日，段祺瑞以各种名义向日本三菱洋行、大仓洋行和正金银行约取得300万元以上的贷款，充作讨逆军的军费。本来根据《辛丑条约》的规定，中国军队不能在天津周围20里以内采取军事行动，亦系经由日本公使向各国建议特许中国讨逆军在天津附近有行车及运输的自由，而得到各国同意的。
月5日，段祺瑞自马厂回到天津，宣布就总理职（暂以直隶督署为总理办公处），并开始指挥讨逆军事。根据7月3日马厂会议决定：讨逆军分东、西两路进行，西路由曹锟任司令，率第三、第二十师沿京汉路北上；东路由段芝贵任司令，督第八师和第十六混成旅集合于廊房，沿京、津路西进。5日凌晨，东路军第八师一部在廊房、万庄之间与辫军首次接战，辫军退往丰台，讨逆军追至黄村以北。同日，西路军第三师也乘火车北上，占领涿州、良乡，直抵芦沟桥。6日，东路军冯玉祥部参加战斗，与第八师合兵追击辫军至丰台以东。7日，东路军与辫军激战于丰台，西路军从后夹攻，陈光远第十二师也加入讨逆阵营，与西路军配合。辫军腹背受敌，四散逃命，原依附张勋的近畿第二旅倒戈，加入讨逆军。讨逆军乘胜占领丰台。同一天，由南苑航空学校组成的讨逆军航空队轰炸了城内辫军营地和清官，往清官投下的三枚炸弹，一枚落于乾清官水池，未爆炸；一枚落于养心殿前，炸坏殿前金缸；一枚落于某殿台阶上，当场炸死侍卫、太监、轿夫各一人，使辫军和清官内人人自危。同日，西路军又占领了协寨、跑马场等地。至此，北京城东南各要隘均为讨逆军控制。