２９日，直军向奉军右翼迂回，在良乡、长辛店间的南岗洼发生激战。琉璃河直军趁势猛扑，奉军限于困境，不得已后退。张景惠率卫队６０人督战，才得以恢复阵地。当时奉军的预备队及炮兵，多数还没有参战，一时呈现混乱状态。此时，张景惠第一师的张乐山旅及朱益清的骑兵团迎击直军，一鼓作气，迫使直军后退。
３０日，梁朝栋旅战斗不力，邹芬第十六师驰援。邹芬师由蒙古刚刚调回，马上开赴前线，疲于奔命，士兵怨声四起。时逢邹芬受有微伤，由前线运回，顿时军心大为动摇，不战自退。缪承良看到军队不听指挥，畏惧自杀。更有甚者，其中一部哗变，掉转炮口，向奉军第一师阵地发炮狂轰。奉军不能支持，乃退守卢沟桥。直军于３０日占领长辛店。第十六师的一部哗变是有原因的。因为第十六师原系已故直系首领冯国璋的旧部，原师长王廷祯被奉系赶走，改派邹芬继任。奉系把该师摆在前线，充当先锋，攻打自己原来的弟兄。他们当然不会听从指挥，或倒戈相向，或不战自退。这是奉军失算的一招。第十六师的前线倒戈，是奉军失败的一个重要因素。
奉军的郑殿升旅和牛永福旅在丰台至南苑一带激战。战斗正在紧张进行之际，直军的张锡元旅和李鸣钟旅，星夜赶来支援。张旅加入西路正面出击。李旅则由京西北大灰厂、三家店、门头沟绕到奉军侧背。本来奉军认为直军已无力作战，现在突然直军从正面出击，而且后背又发现伏兵，张景惠以为中了直军的诡计，于是下令全线撤退。５月３日，吴佩孚得知奉军撤退的消息，便命张锡元旅迅速追击，当日追到黄村。而固安中路之敌，已被直军解决①。
５月４日，张作霖赶到落垡，企图挽回颓势。由于西线牵动了东线，奉军斗志完全丧失。张作霖看到大势已难挽回，便匆匆赶回天津，下了总退却令。第二天即仓皇逃往滦州。这样，张锡元旅追至廊房，没有遇到敌人，随后进入天津。５月５日，张旅开到奉军总司令部军粮城，遇到从东路溃退下来的奉军。张九卿的一师和李桂柱等两旅，一枪未放，就缴械投降了。后来，王承斌又率直军追到榆关，但直军没有出关之志，战争也就结束了。张景惠留京待罪，并电劝曹锟适可而止，“勿为己甚”。北京政府也没有问他的罪，不久还授为安威将军。
５月５日，总统徐世昌下令：“奉军即日撤出关外，直军退回原防，均听候中央命令解决。”老于世故的徐世昌当然不敢得罪实力未减的东北王张作霖，但他还得对战胜者曹吴有个交代。柿子专挑软的捏。不得不下一道命令，指叶恭绰、梁士诒、张弧三人为战争祸首，而加以通缉。这之前，４月８日，徐世昌已经任命周自齐署理内阁总理。周自齐和梁士诒是几十年的老朋友。在发出通缉令之前，周自齐便打电话给梁士诒，让他尽快离开天津。并且解释他本人处境困难，不得不副署这道命令。在通缉令发布之前，５月７日，得到消息的梁士诒、叶恭绰已逃往日本。
第一次直奉战争冷战了一年多，热战只进行了６天就结束了。张作霖除丢失关外地盘外，其军事实力并没有受到根本损失。吴佩孚早年在东北做过军事间谍，知道东北是日本帝国主义的势力范围，不能轻易允许别人染指。同时，孙中山的北伐军已经改道江西北伐，吴佩孚必须南顾，也就没有精力把对奉战争进行下去了。
