军腹背受敌，炮弹也告用罄，同时直军张锡元旅由陕西潼关赶来增援，兼程疾运，抵达良乡宿营。最紧张的时刻吴佩孚亲率卫队在前方堵截，因前方炮火剧烈，有许多直军抵抗不住，往后溃退，吴在战地上予以制止。

　　5月5日直军增援的张锡元旅加入战斗，直冲到丰台，奉军张景惠仓促由丰台退出，于是长辛店遂落入直军手中。张景惠先退到卢沟桥，直军进逼至奉军东路司令部所在地落垡。中路固安方面奉军获悉长辛店失守，西路奉军溃败，军心大乱，也相继溃退，纷向天津逃窜。

　　东路奉军颇有小胜，不幸张学良受伤，迨听到西路战事失利，也开始溃退。李景林率部退保良王庄、独流，再退山海关。

　　奉军各路俱败，张作霖5月4日还赶到落垡，企图挽救颓势，但大势已去，他才匆忙地回到天津下总退却令。第二天即退至滦州，以开平为第一道防线，令李景林扼守；古冶为第二道防线，令张作相扼守；滦州为第三道防线，张作霖自己坐镇；昌乐为第四道防线，令孙烈臣扼守。

　　直军也调整战线，集中兵力，以胥吾庄为第一道防线，由彭寿莘担任；芦台为第二道防线，令穆旅担任；军粮城为第三道防线，由王承斌担任。

　　长辛店直军大捷，决定了战场的胜利。而长辛店奉军之败，在于奉军第十六师停止战斗，十六师原系冯国璋的旧部，本属直系，师长王廷桢被奉系赶走，改派邹芬继任，奉系把该师摆在前线攻打直军，正和两年前皖直战争时，皖系把原属直系的第十五师摆在前线充当先锋一样，他们都是遇有机会就要倒戈。

　　奉军战败后，徐世昌于5月5日下令饬奉军退出关外，令云：

　　前以直隶、奉天等处军队移调近畿一带，迭经令饬分别撤退，乃延不遵行，竟至激成战斗。近数日来，枪炮之声不间昼夜，难民伤兵，络绎于道，闾阎震惊，生灵涂炭，兵凶战危，言之痛心。特再申令，着即严饬所部，停止攻击。奉天军队即日撤出关外，直隶各军亦应退回原驻各地点，均候中央命令解决，务各凛遵！此令。

　　另有一道命令是查办罪魁的，令云：

　　此次近畿发生战事，残害生灵，折伤将士，皆由于叶恭绰、梁士诒、张弧等构煽酝酿而成，实属罪无可逭。叶恭绰、梁士诒、张弧均着即行褫职，并褫夺勋位、勋章，逮交法庭，依法讯办！此令。

　　查办令未下将下时，梁士诒的左右劝梁通电声辩，梁说：“洪宪之役我也是罪魁祸首，替人受过，今天又何异于前。张江陵答吴尧山说：二十年前曾有一弘愿，愿以身为蓐荐，使人寝处其上，溲溺垢之，吾无间焉，有欲割取吾耳鼻者，吾亦欢喜施与。我虽然不敢自比江陵，但亦心向往之。查办令下，正好放舟海上，回家侍奉老父。”

　　4日晚有一通长途电话从北京打到天津梁士诒的寓邸，请梁亲听，打电话的不是别人，正是代理国务总理周自齐。周说：褫职令将下，自己代理总理，应该副署，可是深感对不住数十年的老朋友，所以先行奉告，请求谅解。同时劝梁即日离津，怕未来局势变化无法控制。梁答：“谢谢子廙（周自齐）兄，并请代我转谢东海（指徐世昌）。多承关爱，永铭五内。我们两人相交数十年，亲若手足，将来历史上记载说周自齐副署查缉梁士诒，也是政治史的一段趣话呢！”

　　叶恭绰褫职后，由高凌霨代理交通总长。

　　7日梁士诒偕叶恭绰、刘展超、郑文轩、王季子、黄质中、李达牧等离天津赴日本，卜居长崎。

　　吴佩孚击败奉张后，威名大震，蒋方震曾称道吴是中国武将中最杰出之将才。吴在洛阳练兵时，曾将岳武穆的满江红词修改为军歌，慷慨激昂，词云：

　　怒发冲冠，凭栏处，潇潇雨歇。抬望眼，仰天长啸，壮怀激烈！三十功名尘与土，八千里路云和月。莫等闲白了少年头，空悲切！甲午耻，犹未雪，国民恨，何时灭？驾长车踏破三韩地缺。壮志饥餐岛夷肉，笑谈渴饮倭奴血。待从头收拾旧山河，朝天阙。

　　直军告捷后，吴佩孚赴军粮城视察（军粮城是奉张大本营所在地）。5月7日由军粮城回到天津。这时他的声望之高，到了顶点，中外旅津人士都纷纷要求晋谒这位秀才出身的吴大帅。吴佩孚接见这些人士时，高谈阔论，昂然自得，听者击节赞赏，五体投地。趋炎附势之徒，颇以能见吴将军为荣，或者则奔走欢告说吴将军厚我！

　　吴佩孚在天津也曾和许多北洋元老见面，曾做过东三省总督的赵尔巽劝吴勿为已甚，适可而止。吴冷冷地瞟了赵尔巽一眼，傲然说：“从前提拔张作霖的，就是您，胡匪祸国家，追源溯始，您也该负责任，还要替他说情吗？”气得赵尔巽脸都青了。

　　吴一再催促北京政府下令惩办张作霖，同时自愿辞去两湖巡阅使，因此外间有废除巡阅使制度的传言。

　　5月10日北京政府下令裁撤东三省巡阅使，张作霖免去本兼各职，听候查办。

　　5月11日北京政府再令裁撤蒙疆经略使，并根据直系意见，调吴俊升为奉天督军，任命冯德麟为黑龙江督军。

　　同一天，东三省议会联合会和沈阳各团体通电不接受北京政府罢免张作霖的“乱命”。第二天（5月12日）张作霖在滦州宣布独立，改称奉军总司令，并发表对外宣言：

　　……对于友邦人民生命财产力加保护，所有前清及民国时