奉军在京汉、津浦两线撤退时，天津的帝国主义驻军对奉直双方军队发出警告，准许他们利用铁道及河流运兵，但奉军不得下车。同时，天津周围２０里内不得驻军的条约不得违反。５月７日，败退下来的奉军在滦州集结时，英国公使艾思顿声明，不得损害开滦煤矿和英国侨民的生命财产。如发生问题，惟张作霖是问。又强调京奉路必须通车，必要时拟派英军保护通车。从中不难看出，英国对直军的偏袒，对奉军的压制。
５月７日，得胜将军吴佩孚志得意满地视察奉军的总司令部所在地军粮城，然后回到天津。不少中外人士前来一睹大名鼎鼎的秀才将军的风采。吴佩孚得意扬扬，高谈阔论。这时战事还没有完全结束，曾经做过东三省总督的赵尔巽劝他适可而止，见好就收。他瞟了这位老前辈一眼，讥讽地调侃道：“以前提拔张作霖的就是你！胡匪扰乱国家，你应该负有责任，今天还来替他说话！”把个老迈的赵尔巽说得无地自容。这时的吴佩孚是自视甚高的，哪里能听得进不同意见？
却说，老练的张作霖一看形势不好，便在军粮城及时地下达了总退却令，并急电前线的张学良回部开会。此时，张学良正同郭松龄率队猛冲猛打，已经深入敌阵。得到张作霖的命令，张学良就匆匆赶回，把部队交给郭松龄指挥。５月５日，张氏父子率部仓皇奔赴滦州，建立临时指挥部。５月６日，李景林不敌，率残部放弃了杨柳青，急忙撤退。因有铁路帮助，撤退比较顺利。而张作相部则是溃不成军。
郭松龄率领的第二梯队，因孤军深入，有被切断后路的危险，撤退很困难。郭松龄部撤退的先头部队到了马头镇，要渡永定河。军队刚刚渡过一半，直军王怀庆的第十三师即追至左侧，情况相当危机。郭松龄镇定沉着，从容应对。一面派兵迎击，一面挥军抢渡。用了一夜的时间，全军强行渡过永定河，脱离了险境。张作霖父子在滦州收容各路溃兵，亟盼郭松龄第二梯队的消息。焦躁难耐，忧心如焚。正当此时，郭松龄率队风尘仆仆地归来。张作霖父子喜出望外，精神大振。因为郭松龄部是张作霖的精锐部队，此队没有受到重创，张作霖就可以很快地东山再起。
当时，张学良立即回到军中。张作霖命以郭松龄部为第一路，李景林部为第二路，左右相顾，两路联合，在山海关重整旗鼓，准备迎敌。此时的形势对奉军极其不利，直军是乘胜追击，希图一鼓作气，打到关外。张作霖又把张学良调离前线，把第三、第四、第八三个混成旅的指挥权全部交给了郭松龄。郭松龄使出浑身解数，指挥刚刚打了败仗的奉军，同彭寿莘的直军展开了殊死战斗，终于阻止了直军的猛攻①。山海关成了直军前进的最终地点。但是，直到此时，战争还没有最后结束。
张作霖知道，这时应该议和了。他派张学良出面，找张学良在奉天基督教青年会的美国朋友帮忙。张学良找到这个组织的两名美国牧师普赖德和杨古，让他们请英美驻奉天领事出面，向直军方面斡旋停战和谈事宜。不料，被两国领事以不干涉中国内战为由，加以拒绝。这是英美支持吴佩孚的一个明显的表现。
无法，普赖德和杨古只得以私人的身份亲赴山海关前线，找到彭寿莘斡旋。双方在６月９日于直军前线司令部所在地秦皇岛接洽，约定于６月１１日再进行具体商谈媾和事宜。
但是，前线的直奉双方一直在冲突。１１日至１５日，激战未息，两方死伤均有三千余人，奉军战死三名团长。一直没有死心的彭寿莘久战不胜，感到山海关是攻不下了，才走到谈判桌旁。
６月１６日午夜１２时，在秦皇岛车站上，张学良在杨古牧师和开滦矿务局英籍局长的陪同下，会见了直军代表王承斌，决定双方停战。
第二天１７日，在秦皇岛英舰克尔留号上再进行第二次和谈。由孙烈臣、张学良代表奉军，王承斌、彭寿莘代表直军，在英舰上签订和约八条，附约两款。并由中央派王占元、宋小濂赴榆关监视两方撤兵，王、宋于６月２４日电告北京政府，两方军队已如约撤完①。
直奉一战，奉系打败了。奉军死伤三万余人，被俘四万余人，军费损失三千余万。当然，张作霖的元气并没有受到损伤。
在５月１０日，北京政府宣布罢免张作霖本兼各职后，于５月１２日，张作霖在滦州宣布独立，东三省自治，改称奉军总司令。并对外发表宣言：“对于友邦人民生命财产力加保护，所有前清及民国时期所订各项条约一概承认。此后如有交涉事件，请径行照会滦州本总司令行辕。自本月一日起，所有北京订立关于东三省、蒙古、热河、察哈尔之条约，未得本总司令允许者，概不承认。”口气强硬，表现了军阀的本质。
奉军战败后，日本外相内田发表了对东三省局势的宣言，声称严守中立。其实，这是一颗烟幕弹。日本是积极支持张作霖的，日本当时甚至出现了张作霖后援会。日本严防英美势力侵入东三省。５月２０日，东三省议会宣布“联省自治”，表明对张作霖的支持。 ５月２６日，张作霖、孙烈臣、吴俊升联名宣布：“自五月一日起，东三省和西南及长江同志各省一致行动，拥护法律，扶植自治，促进统一。”军阀如果强调统一，那是他强大的时候；军阀一旦高唱自治，那就是他失势的时候了。
