自段祺瑞重新就任国务总理、宣布讨伐张勋后，原支持张勋的北洋军阀纷纷摇身一变，追随段祺瑞"讨逆"。故此，张勋发动复辟后听到的是来自全国各地的讨伐声，而得不到各省的响应。7月4日他曾致电参加徐州会议的各省军阀，要求他们实践前言，赞助复辟。当他得知段祺瑞组织讨逆司令部后，大为愤懑，怒气冲冲地向报界发表谈话，揭露徐世昌、段祺瑞乃破坏约法和国会、推翻总统黎元洪的主谋和祸首，根本"不配说维护共和"，又威胁说："芝泉（即段祺瑞）如果逼我急了，我即将徐又铮（即徐树铮）累次到徐州求我对于黄陂（即黎元洪）、对于国会种种计划，种种文件，一一宣布。"7月6日又致电北洋各省督军，揭露徐世昌、冯国璋等均曾参与复辟之谋，谓其"信使往还，均有可证"。但是，张勋的哀求与威胁均不能奏效，许多支持过复辟的军阀也都倒戈相向。张勋见大势已去，只得一面向伪清廷提出辞职，一面请求北京公使团出面"调停"。8日，伪清廷召开皇族会议，准张勋辞去议政大臣暨直隶总督兼北洋大臣职务，责成徐世昌组阁。徐来京前，由王士珍代理阁务。经徐世昌斡旋，讨逆军方面派出外交代表汪大燮、刘崇杰入城，与外国使团接洽，希冀外国使团促使张勋投降。段提出停战条件三款：（1）保留清室优待条件；（2）取消帝制；（3）解除张勋及部下武装，但保全张勋生命。张勋的答复是："第一同意；第二不同意；第三不解除武装。"9日，讨逆军已兵临城下，复辟派纷纷出逃，协助张勋复辟的第二十八师师长冯德麟在天津车站被捕，帝制派急先锋张镇芳、雷震春也于10日在丰台车站被查获，只有康有为化装逃跑。9日、10日，王士珍、江朝宗、吴炳湘等两次劝告张勋投降，张勋大骂参加徐州会议之人背信弃义，一口拒绝投降，而要求"调停"，拒绝解除武装，要求率辫军仍回徐州；并不以优待清室为满足，仍坚持实行君主立宪。张勋以为，现在的"讨逆者"正是他复辟当初的同盟者，他们虽然"讨逆"，未必没有"投鼠忌器"的顾虑，不一定能把他张勋怎么样，所以敢于死硬到底。
段祺瑞见劝降既不可能，决计攻城。11日晚荷兰公使代表外交团向讨逆军提出，攻城战争只能以12日上午4时至晚12时为限，大炮只允许放实弹一发。12日凌晨，讨逆军分三路向北京城内_的辫军发起总攻击。东路军第八师和十六混成旅自城南经永定门直取天坛，西路军第三师自城西占领彰仪门；中路军十一师、十二师占领朝阳门。辫军分两处设防：城外步兵6个营守天坛；城内4个营驻守辫军大本营——张勋私宅南河沿一带。天坛辫军稍加抵抗，迅即投降。南河沿辫军则负隅顽抗。上午10时，讨逆军仅发的一颗炮弹恰中张勋住宅，张在两个外国人的保护下逃进荷兰使馆，辫军缴械投降。至此，讨逆战争结束。讨逆战争从7月5日至12日，历时8天，实际上只经历了7月6日一7日和12日两次战事，辫军被打死者仅70余人，讨逆军战死20余人，可见战斗并不激烈。7月6日，冯国璋已在南京宣布就任代理大总统，同日下令将接替段祺瑞国务总理职务的李经羲免职，正式任命段祺瑞为国务总理。14日，段祺瑞以"再造共和"的功臣姿态回到北京。当日下午即到日本公使馆迎接黎元洪，黎于同日连发两道通电坚拒复任。次日，段祺瑞派人赴南京请冯国璋北上就代理大总统职，并于同日正式组成以段派官僚和研究系政客为主体的混合内阁。8月1日冯国璋到达北京。北京政府在冯、段合作的新体制下暂时趋于稳定。段内阁组成后，曾于7月17日下令严缉复辟祸首康有为、刘廷琛、万绳栻、梁敦彦等，均系手无寸铁之人，而与张勋同谋复辟之军阀，如倪嗣冲、张怀芝等均置之不问。对于张勋，向荷兰公使要求引渡，但引渡后并未追究。1918年秋，徐世昌就任大总统后，即将其特赦，并退还其全部财产。1921年被任命为热河林垦督办，未就职。1923年病死于天津。
护法运动
孙中山先生亲自主持制定的《中华民国临时约法》及据此召集的第一届国会（俗称旧国会），一向被公认为资产阶级共和国的象征。孙中山在被迫让出政权后，一直为维护约法和国会而进行着坚持不懈的斗争。当1917年5月，国务总理段祺瑞利用督军团压迫国会接受对德宣战案之际，孙中山即与章太炎、岑春煊、唐绍仪联名致电段祺瑞及参、众两院，要求他们遵守约法、尊重国会。段被继任总统黎元洪罢职后，唆使北洋督军叛变独立，以武力胁迫黎元洪解散国会，孙中山又连续通电（或单独、或联名）西南各省，呼吁拥护约法和国会，起兵讨伐北洋群逆。继而张勋公然毁弃约法，于6月13日胁迫黎元洪解散国会，7月1日，拥清室复辟，激起全国人民极大愤慨。3日，孙中山便在上海召集在沪陆海军及国民党要人讨论拥护共和、出师讨逆大计。决定在南方另行召集国会，组织临时政府。4日，孙中山致电参、众两院议员，号召议员南下护法，"以存正气，以振国纪"。当时控制广东的两广巡阅使陆荣廷为首的桂系军阀为借助护法声浪，确保两广地盘，反对段祺瑞的武力统一政策，并向湖南扩张势力，表示欢迎孙中山来粤护法。在张勋解散国会、督军团祸乱北方之际，两广宣布"自主"，表示拥护国会，以解散国会为非法，表示"不受非法内阁（指段祺瑞内阁）干涉"。7月6日，孙中山偕章太炎、朱执信、廖仲恺、陈炯明等率海琛、应瑞舰离沪南下，17日到达虎门，19日到达广州。在广东各界欢迎会上，孙中山发表演说，指出当今变乱，"实真共和与假共和之争"，认为"假共和之祸尤甚于真复辟"，只有打倒假共和，才能"得真共和之建设"。最早响应孙中山护法号召的是海军总长程璧光，他于7月4日发表讨贼檄文，痛斥张勋复辟。孙中山南下护法后，程即于21日与第一舰队司令林葆怿联名通电，提出拥护约法、恢复国会、惩办祸首三项主张，率第一舰队共十艘军舰，于8月5日到达黄埔，同行者有唐绍仪、汪精卫等。当时控制滇、黔两省的滇系军阀头目唐继尧正想向四川扩充势力，可是段祺瑞于8月6日派其内弟、皖系悍将吴光新率军入川，企图将四川控制在皖系手中。唐继尧为确保地盘，对抗段祺瑞的武力统一政策，并向四川扩充势力，于8月11日通电加入护法行列。积极响应孙中山护法号召的还有大批国会议员。由于段祺瑞打败张勋重新掌握政权后，拒绝恢复约法和国会，而采纳梁启超建议，准备另行召集"临时参议院"，重新制定国会组织法和选举法，选举新国会，以达到他取消国民党议员占优势的旧国会和废除《临时约法》的目的，从而引起旧国会议员的不满。他们响应孙中山择地另开国会的号召，纷纷南下赴粤。至8月中旬，到达广州的国会议员已达150余人。
月18日，孙中山在黄埔公园宴请国会议员，商讨召开国会问题。考虑到来粤议员不足法定人数，决定效法法国大革命前夕第三等级代表举行国民议会的先例，召开"国会非常会议"（俗称"非常国会"）。25日，非常国会开幕。29日，非常国会通过了《国会非常会议组织大纲》21条，规定国会非常会议由现任国会议员组成，以参、众两院议员联合形式议事；国会非常会议的期限直至内乱戡定、《临时约法》效力完全恢复之时为止；护法军政府的组织大纲由国会非常会议制定并宣布。31日通过《中华民国军政府组织大纲》13条，规定中华民国为勘定叛乱，恢复《临时约法》，特组织中华民国军政府；军政府设大元帅一人，元帅三人，由国会非常会议分别选举之；《临时约法》的效力完全恢复以前，中华民国之行政权由大元帅行使，大元帅对外代表中华民国；元帅协助大元帅筹商政务。军政府设外交、内务、财政、陆军、海军、交通六部；另设都督若干员，以赞助护法之各省督军任之。为了适应护法勘乱的战争需要，军政府没有采纳《临时约法》规定的内阁制，而采取中华革命党《革命方略》中提出的党、政、军权合一的大元帅制方案，实行军事、内政、外交合一的元首制，体现了孙中山为首的中华革命党人希望通过护法运动建立本党单独执政的资产阶级革命政权的意图。9月1日，非常国会选举孙中山为海陆军大元帅，陆荣廷和唐继尧为元帅。10日，孙中山宣誓就职。在就职宣言中，他痛斥北京政府"权奸当道"，祸乱中华，废弃《临时约法》，解散国会等等罪行，表示在"艰难之际"，定"当荷戈援炮，为士卒先，与天下共击破坏共和者！"同日，非常国会通过了军政府各部总长名单，外交：伍廷芳；财政：唐绍仪；陆军：张开儒；海军：程璧光；内政：孙洪伊；交通：胡汉民；军政府参谋总长：李烈钧；大元帅府秘书长：章太炎。军政府的人事安排，体现了中华革命党人主动与西南实力派以及国民党稳健派合组护法军政府的愿望。但是陆荣廷与唐继尧等对军政府的组织原则和选举法都非常不满，因为他们所追求的是建立护国战争时期军务院那样的合议制政府，推陆荣廷为盟主，按各方实力排定座次，以实现他们称霸西南的野心。而军政府组织大纲却采取了元首制，树立了孙中山在护法政权中的领导地位，西南军阀反而成了配角，所以陆荣廷与唐继尧均不肯就元帅职。伍廷芳、唐绍仪、程璧光、李烈钧等国民党稳健派人士为求得与西南实力派的合作，也赞成合议制，故这四人也不肯就职。其他几位总长，除张开儒晚些时候就职外，也因各种原因未能就职，致使上述人事安排全部落空。于是孙中山任命了一批中华革命党的骨干和原同盟会或国民党的激进分子代理各项工作。这样，军政府实际上成为中华革命党力图领导护法运动的资产阶级政府，从而决定了它必遭西南军阀的反对而难以长期存在下去。
军政府的成立，标志着护法运动高潮的到来，也标志着南北对峙局面的形成。段祺瑞继承袁世凯武力统一中国的衣钵，决心以北洋武力镇压西南护法，挑起第二次南、北战争。其军事战略有两个重点：一是对湖南用兵以制两广，一是对四川用兵以制滇、黔。8月6日，段派出心腹大将傅良佐代替谭延闽为湖南督军；派吴光新为长江上游总司令兼四川查办使。9月9日傅良佐率军到湘后，即下令免除原同盟会会员、零陵镇守使刘建藩和驻衡阳湘军旅长林修梅的职务。18日，刘、林二人联名通电，宣告"自主"，与海军和西南护法各省一致行动。西南护法各省将湘督易人看作是北洋派进军西南的信号，桂系决定派出桂、粤联军80营援助湖南。10月3日孙中山正式下令讨伐段祺瑞等民国叛逆，护法战争拉开战幕。湘省护法军组成以程潜为首的湘南总司令部，粤、桂、湘三省护法军的总目标是会攻长沙。与此同时，段祺瑞也向北洋军下达了讨伐令，傅良佐任命第八师师长王汝贤为湘南司令、第二十师师长范国璋为副司令，分三路讨伐湘南。10月6日，北洋军和湘南护法军在湘潭西倪铺接战，护法战争正式爆发。南、北两军在湘南激战了一个多月之后，11月14日，王汝贤和范国璋（两人均为直系军阀）不愿为皖系卖命，径直通电议和，并将所部撤离衡山前线，20日护法军轻取长沙。段祺瑞对湘用兵以制两广的计划宣告失败，桂系控制了湖南。与湘、桂、粤护法军在湖南与北洋军交战的同时，唐继尧为首的滇系为对抗吴光新率领的人川北洋军，组成滇、黔联军，与孙中山派往四川的中华革命党组织的四川国民军（后改四川靖国军）相配合，与北洋军交战，于12月3日攻占重庆，赶走了段祺瑞新任命的四川督军周道刚和四川查办使吴光新。在其它各省，由中华革命党和国民党人领导组建的护法武装也相继而起，纷纷宣布与西南各省一致行动。规模较大的有湖北襄郧镇守使、鄂军第九师师长黎天才等组织的"湖北靖国军"，在襄阳宣布"自主"；前陕西警备军统领郭坚组织"陕西护法军"，在凤翔宣布"独立"。此外，在山东、河南、浙江、江苏、安徽、福建、甘肃，乃至东北等省区，都先后组织了"护法军"、"靖国军"，宣布"独立"或"自主"。护法战争的烽烟席卷了全国大部分省区。这种形势使孙中山非常振奋，他多次召集军事会议，制定了护法北伐的进兵战略：令桂、滇两军肃清湘、川北军，出师合击武汉，其他各路护法军、靖国军也与桂、滇军会师武汉，然后占领南京，大举北伐，会攻北京。