济南惨案发生后，国民革命军为了避免和日军冲突，乃于17年5月4日将革命军主力撤至莱芜、中宫、齐河。5月6日革命军第九十五师渡河进占晏城镇，9日占禹城，11日占恩县，13日占德州。
德州被革命军占领后，北洋军分三路向沧州溃退，革命军全线追击。张宗昌的骑兵和白俄兵千余名以及钢甲车五列在沧州集结，企图死守沧州、保定一线，孙传芳军一部守庆云、盐山，褚玉璞部守沧州西区，于学忠、袁振青、窦联芳各部守杜生镇和沙河桥，奉军第三、四方面军守高阳、保定，张作相在天津、马厂间，汲金纯在高碑店附近。
5月31日北洋军沿津浦铁路分三路反攻，左翼由褚玉璞指挥徐源泉及张骏部，中央由张敬尧指挥陆殿臣及毛思义部，右翼寇英杰部分别反攻。
革命军力却强敌，转守为攻，6月1日革命军第四军团方振武部攻击前进，占领张庄、李福台等地。第二军团陈调元部占领南皮、燕台、大安庄等地。6月2日晨北洋军分向望海寺、雷庄、马厂附近溃窜。革命军遂攻克沧州。
平汉线方面张作霖集中戢翼翘、高双英、万福麟、窦联芳等部于磁州一带，准备反攻彰德，并在保定、石家庄一带配置重兵。早在17年3月7日国民革命军第二集 团军总司令冯玉祥由兰封移驻新乡就近指挥彰德军事，令鹿钟麟兼任北路军总司令，孙连仲率第十四军、二十三军、骑兵第一军增防彰德。4月5日彰德之战开始，反复鏖战，战况惨烈，相持20余日，4月29日革命军开始反攻，全线出击，北洋军张学良亲率其卫队前来督战，这时济南已被革命军占领，北洋军乃破坏漳河铁桥及铁道电线向顺德溃退。5月8日韩复榘军占领顺德，5月11日进抵石家庄。
国民革命军第三集 团军总司令阎锡山亦于苦战雁门、五台、繁峙、井陉后由平山出击，发动全线猛追，直出石家庄、方顺桥、保定，震撼了北京城。5月15日阎军抵方顺桥，方顺桥在保定西南，望都东北，为京师门户，阎军在方顺桥集中待命。
17年5月15日国民革命军第三集 团军阎锡山部先后抵达方顺桥附近，分为左右两路部署：以商震为前敌总指挥兼左路军总指挥，辖第一路丰玉玺，第二路张荫梧，共八个师；以徐永昌为右路军总指挥，杨爱源为副总指挥辖十四个师。
5月25日右翼方面受到北洋军由高阳、河间调集大军向定州、清风店一带猛攻，使杨爱源之第二军遭受极大伤亡，不得已退据东亭和安国。27日北洋军向永丰镇及王家庄猛攻，前线陷于危险境地，阎锡山一面令前线部队坚守待援，一面飞调定县、石家庄之预备部队绕出敌后，28日遂解永丰镇及王家庄之围，并向阳城、天台寺、郑家庄、张登镇追击，31日北洋军全线总退却。
左翼方面5月17日冯玉祥所部的郑大章骑兵军突然全部撤退，阎锡山即电询冯玉祥，冯复电云：“据京津特别侦探报告，京汉线上敌力尚厚，我军此时似宜合京汉、津浦、京绥三路统筹进兵计划，各路同时并进，以策万全。现因津浦各路军渡河以后遇日人扰乱，后方连络尚未能确实；且各军部署须加整理，其津浦、京汉间残敌极多，京汉方面前进不无顾虑。”等语。由于冯军忽然撤退，北洋军乃利用此良机移动其中路兵力向阎军左右两翼包围，在满城、一亩泉、康关苦战，屡进屡退，至31日左翼方面亦传捷报。
方顺桥会战的重要性因为这等于是北京、天津的大门前一战，而奉军兵力达30万之众，以第三四方面军团为主体，其指挥系统为：
安国军大元帅张作霖，总参议杨宇霆，军事部长何丰林，第三方面军团长张学良，辖第八军万福麟，第十军王树常，第十五军汲金纯。第四方面军团长杨宇霆，辖第十六、十七联合军胡毓坤、荣臻，第二十九军戢翼翘，第三十军于芷山，卫队旅旅长张学成。
张作霖在济南易手时，本拟倡息争和议，愿将所有军队开出关外，不问关内政治，这是奉张一贯手段，他不能忘情于关内，可是形势不利时即率军出关，等待机会，这也是奉系得天独厚的地方，不像皖系直系一旦战败即穷无所归。可是奉张退出关外的拟议忽然变卦，因为有人向奉张建议，革命军战线拉长了，除了冯、阎两军尚习惯于北方气候外，余均不服水土，而冯玉祥善变，和阎锡山之间尚有矛盾，不如坚守京津，以待变局。因此奉张遂欲行又止。
5月19日蒋中正由徐州赴郑州与冯玉祥、白崇禧会商一切，28日复转赴道口及柳卫晤冯玉祥，30日赴石家庄与阎锡山会商。
国民革命军早在17年4月下旬进军鲁南时，即决定会师平津计划，后因济南五三惨案，使第一集 团军的进展稍为延迟，而冯玉祥的第二集团军又不肯孤军深入，停留于石家庄—武强—阜城一带，致阎锡山的第三集团军在定县、望都、方顺桥、完县之线独当强敌，死伤万余，阎当时屡电蒋中正和冯玉祥乞援，蒋深知会师之举不容稍缓，乃将南京方面党务料理就绪，即赶赴前方视察，委朱培德为第一集团军前敌总指挥，又电冯玉祥令第一二集团军各军团，于5月25日以前，集结于庆云—南皮—交河—武强—晋县—正定之线为进攻之准备。
张作霖的奉军据守北京、天津及方顺桥附近一带，与津浦路的直、鲁军及孙传芳军连成一气，兵力约40万，其部署情形为：
津浦路方面：褚玉璞部分驻于津浦路之捷地—张高屯一带；其第一线在砖河镇至东西泊头一带，由褚部第六军军长徐源泉指挥，并筑有坚固工事。孙传芳之李宝章、郑俊彦两部驻守庆云—盐山—马厂。
河间方面：袁振青、窦联芳、孙殿英等部在杜生镇—交河；于学忠及孙传芳的主力部队在任丘—河间一带。
高阳方面：奉军第三四方面军、戢翼翘主力及骑兵第二军之大部，在高阳之南滹沱河北岸一带，筑有坚固之防御阵地，其第一线在蠡县、博野附近。
平汉路方面：汲金纯军防守高碑店至易州一带。
平绥路方面：奉军高维岳之第九军、汤玉麟之第十二军、郑泽生之第三十一军于5月11日以后由朔县、马邑开始撤退至柴沟堡、大同，继向东北方退却。
5月19日，蒋中正抵郑州，与冯玉祥会商。
革命军沿平、汉，津、浦两路进展之部队，虽已逼近沧州、保定，而两路中间隔离约200余公里；北洋军在高阳、河间，均配置重兵，饶阳、武强之北洋军亦尚未肃清，平、汉路以东，饶阳以西地区，革命军尚无部队驻守，如北洋军乘隙进袭，深为可虑；蒋中正遂决定俟第四集 团军先遣军到达石家庄、定县之线时，即将鹿钟麟之北路军全部（韩复榘部在内）移至平、汉线以东地区，与刘镇华所部衔接，然后全线同时进攻。
国民革命军自5月28日开始总攻，至6月2日，先后占领保定—高阳—肃宁—河间—沧州之线；北洋军退据琉璃河、固安、永清、胜芳、马厂一带，革命军乃分路追击，第一集 团军由津、浦路两旁地区前进；第二集团军由任丘、文安、雄县、灞县前进；第三集团军由平、汉路前进。当5月29日，蒋中正到柳卫（在道清路）时，为军事进展及避免外交上纠纷起见，曾与冯玉祥会商妥善办法，至是，遂令前方各军于破敌之后，即进至静海—胜芳—永清—固安—长辛店之线，停止待命。
5月30日，蒋中正到石家庄，与阎锡山会商京、津善后，并视察战况，停留石家庄，31日午后10时左右，颁发各军追击令。
17年6月6日张宗昌、孙传芳所部纷向天津东北退却，张作霖已于6月3日离开北京，北京城治安由北洋元老王士珍等维持，革命军第四军团第四十一军九十一师进驻大邵庄及张庄；第九十二师驻二蔡庄、盖宿铺一带；军部进驻大邵庄；第三十四军第八十八师驻大小流标、小庄；九十五师驻西空城一带；九十师及胡正卫团进驻马厂；第三军团第二十七军驻惠丰村、五面城子、赵济庄等处；第四十军到达清水泊、萧吉沽、东槐庄一带；第三独立师在大李庄、李官庄、十槐村等处；总指挥进驻李云龙屯，第一方面军第三军第十九师吉鸿昌部，于是日早到达静海；第五十六旅进至良王庄；五十五旅进至静海北十里堡待命；第二师于夜12时出发，进驻王口镇、陈土桥、中滩里、前万头一带地区，集结待命，并派一小部到黄岔、台头，对天津方面警戒。
6月7日革命军第四军团方振武进抵独流，其第三十四军军部进抵马厂，该军奉令开驻良王庄、独流镇、杨柳青、胡村一带整顿待命；总指挥部进驻沧州县城。孙良诚接到消息革命军韩复榘已进占南苑，张宗昌、褚玉璞部之徐源泉、孙殿英等所率残军约3万人，麇集天津老站，并各有一旅，被法、日各国使馆驻军监视，不令下车进街，天津市区内甚为安静。张宗昌、褚玉璞已逃向秦皇岛；郑大章骑兵军已占领武靖、三河；刘镇华部已到达通州。
6月12日，孙良诚命骑兵在胜芳附近对天津警戒；第二十一军主力驻灞县，一部驻新镇县；第十九师移驻文安；第二师进驻任丘；第四军仍驻大城；第十八师移驻河间待命。
当革命军第一集 团军第二、第三、第四各军团占领沧州后，逐日向北追击前进，迄6月3日，第二军团第二十六军，由沧州、张官屯沿铁路前进；第三十七军沿铁路以东地区前进；第三军团（欠第四十军）在第二军团右翼之地区前进；第四军团在第二军团之左翼，沿运河以西地区前进，这时北洋军右翼占据大流标、王镇店，依托子牙河正面，左翼占据西魏村—马厂至铁路之线。朱培德探悉敌情后，遂令各军团追击前进。
各军团奉令后，随即开始运动，6月5日到达前线，占领指定阵地，正拟攻击，北洋军忽自动撤退；这是因为北洋军后方被席液池骑兵军威胁，恐后路被截，即纷向天津一带退却。革命军沿津、浦两旁地区跟踪追击，至静海以南地区停止待命。
6月5日晨，革命军骑兵第二军到达静海南面的孙家庄东南柳木杓附近集结，第二十一军的张兴科师，亦由后跟到，即协同攻击占据孙家庄东南柳木杓一带之北洋军。骑兵第二军，除派一团进占独流镇外，余部均渡过运河，向静海车站攻击。当时马厂的北洋军自动退却，官兵均无斗志，革命军遂将防守车站的北洋军钢甲车击退，于正午占领静海，北洋军向王庆陀、杨柳青、北仓等处溃退，一部分打算通过天津租界。
6月6日晨，骑兵第二军仍向小站追击前进；第二十一军由台头、胜芳向信安镇、狸狼城方面前进；第四军在黄口镇；第十九师在静海停止待命。
革命军第二集 团军自相继占领河间、肃宁、高阳后，北洋军于学忠、孙传芳、窦联芳、戢翼翘、万福麟等军，均纷向灞县、宝坻、固安、永清、胜芳一带退却；北路军跟踪追击。6月6日午奉军马占山部千余名被歼，韩复榘于占领固安后，即向廊房前进，以截断京津路交通，并向北京前进，下午4时前锋李汉章旅到达南苑，北京民众均到南苑欢迎。
革命军第三集 团军自占领保定后，总指挥商震即决定沿京汉线追击前进。奉军自保定、沧州等地败退后，主力集结于琉璃河—固安—唐官屯之线；孙传芳、于学忠之强大部队控制于灞县；张宗昌、褚玉璞之直、鲁军，据守大流标—马厂—惠丰桥之线，仍图保全北京、天津地盘，做最后的挣扎。灞县孙传芳忽然撤退，张作霖见势孤力蹙，无可挽救，故不得不实行全线总退却。
民国17年6月2日，张作霖下令总退却后，即偕同黑龙江督军吴俊升，及参谋杨毓珠等，携带重要文件，乘专车回奉。6月4日晨，火车到达沈阳城外日本租界地之沟帮子铁桥时，为日人阴谋所埋置之地雷突然爆炸，张作霖受重伤，吴俊升炸死，重要文件亦被毁灭，张作霖因受伤过重，延至6月4日上午10时亦告毙命。
张学良在北京闻乃父噩耗，即急电回奉各将领，约束士兵，维持治安，并饬顾全外交，勿令外人借口干涉；一面促使北京各界出面，接洽和平让渡北京办法，磋商结果，留鲍毓麟旅在京维持，待革命军进城交代，然后退出。
天津方面的直、鲁军，闻张作霖被炸死，甚为恐慌；张宗昌、褚玉璞急电阎锡山乞降，阎主张容褚拒张。当时败退天津附近之北洋军为数甚众，计于学忠部在杨村，孙奎元部在韩家墅，袁振青部在北仓，徐源泉部在芦兴河，王炼部在杨柳青，许琨部在军粮城，孙传芳的残部数万，亦退集天津附近。孙传芳、张宗昌、褚玉璞在天津召集会议，和战主张未能一致，潘鸿钧最激烈，仍主相搏，欲造成第二次济南惨案之重演，在天津、河北一带，挖壕筑垒，配置队伍，借此向商家勒索饷糈；张宗昌亦致函各国领事，谓大军绝食，要求设法，一时形势极为紧张，人心惶惶，各国侨民更无安全保障。
6月4日，奉军既陆续退出北京，国民政府即行任命阎锡山为京、津卫戍总司令，并促早日莅任，维持治安，北京治安维持会及中外人民，均盼阎锡山即日赴京，信使不绝于途。
6月6日上午9时，鲍毓麟旅退出，革命军孙楚部于10时许在民众欢呼声中入城，商震率部随后继至，阎锡山亦于6月8日在保定就职后，于6月11日偕同第四集 团军前敌总指挥白崇禧进入北京，主持善后事宜，军阀盘踞之北京，这时才完全入于革命军之手。北京之旧称，亦遵政府明令正名北平，直隶省改称河北省。
北平方面虽幸告息兵，天津则尚多顾虑；阎锡山乃呈请政府任命张荫梧为北平警备司令，傅作义为天津警备司令，接洽收编徐源泉、郑俊彦、李宝章等部。天津于北京和平收复时，尚在张宗昌手中，张部与孙传芳、褚玉璞各军，由于沧州以北各地为革命军第一、第二集 团军压迫，节节后退，集中天津及津东各地，兵力颇众，张欲以此作最后之挣扎，但已是强弩之末，无能为力了；而齐燮元及安福系吴光新等，又欲乘机以款收买这些残军，别图活动。所以天津形势，颇为纷乱，幸军阀败军中有觉悟者如徐源泉等均弃暗投明，张宗昌闻各部队投诚革命军，极形愤怒，欲有所对付，当时革命军天津警备司令傅作义与南桂馨出面活动，迫张宗昌、孙传芳、褚玉璞等离开天津，实行收编各部为暂编军，孙传芳乃只身逃奔关外，张宗昌、褚玉璞则率领一部分残军退守津东。
蒋中正对北方大局的收拾，重要的有两点：一是北平、天津交阎锡山负责，二是听任奉军和平出关。冯玉祥对这两点不赞同，曾向蒋中正提出相反的意见。冯部韩复榘军则不受最高统帅的约束，于6月6日擅自开入南苑，并将维持北平治安最后退出之奉军鲍毓麟旅强迫缴械，因此引起外交团多数人士的不满。这是蒋中正北上前的事，所以蒋中正宣布实践其1月间复职时的宣言，北伐完成即引退，于6月11日向国民党中央提出辞呈，准备告退，各方闻讯均极震动，冯玉祥亦来电痛切陈词。阎锡山、李宗仁、白崇禧等高级将领均纷电促请以大局为重，继续领导全国，并恳从速北上。
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