1917年6月7日，在黎元洪的期盼下，坐鎮徐州的長江巡閱使張勳率領着辮子軍步、馬、炮兵共計十個營大約5000人從徐州出發，一路抵達天津。黎元洪沒有意識到，自己是在引狼入室，張勳此來另有企圖。
張勳
自從府院之争爆發以後，黎元洪借助“公民團事件”暫時占據了上風，段祺瑞被迫下野出走天津。然而形勢卻并不像黎元洪想象得那麼好，他雖然任命了李經羲作為國務總理，但因為北洋軍人的反對，李經羲根本就不敢上任。在李經羲的建議下，黎元洪将希望全部寄托在張勳身上，希望他能夠北上進行調停。督軍團離開北京以後，外面風傳安徽督軍倪嗣沖即将率軍北上，為段祺瑞出頭，這使得黎元洪不得不再三電請張勳，讓他速來北京。
黎元洪沒想到的是，張勳在出發之前，就已經在徐州與各省督軍代表一次召開過會議。在各省督軍的默許之下，他北上的目的不再是為了調停府院之間的沖突，而是準備搞一出複辟大戲。當張勳率領着大軍趕到天津時，黎元洪才意識到大事不妙，但已經太晚了。張勳很快就發表通電，要求黎元洪在三日内必須解散國會。
6月9日，定武軍的先頭部隊陸續開進北京。6月13日，黎元洪被迫簽署解散國會令，國會宣告解散。6月14日，張勳從天津趕到北京。第二天，張勳就迫不及待秘密前往紫禁城，拜見宣統皇帝溥儀。7月1日，溥儀在張勳的擁立下，正式宣布即位，再度出任皇帝，并将7月1日改為宣統元年5月13日。到了這時，黎元洪才明白，自己是引狼入室，已經鑄下了大錯，然而後悔已經遲了
張勳這邊複辟才剛剛開始，遠在天津的段祺瑞就已經得到了消息，倒不是因為段祺瑞消息靈通，而是因為參與複辟活動的軍務參謀處總參謀雷震春透露了消息。雷震春與段祺瑞手下的大将段芝貴當初都曾替袁世凱複辟活動過，這一次張勳搞複辟，雷震春又想到了段芝貴這位老搭檔，希望把他也拉入到複辟的陣營裡。雷震春沒想到的是，段芝貴投靠段祺瑞後，早就一心以段祺瑞為主了，他雖然跟着張勳去了北京，但發現苗頭不對早就已經回到了天津。眼看雷震春又派人來了，段芝貴立馬讓副官李化甫打電話段祺瑞家中，向段祺瑞報告情況。
接到電話的是段祺瑞部下賈潤泉，他深知李化甫不可能無緣無故打電話過來，趕緊問道：“出了什麼事情？”李化甫回答：“剛才雷震春派人來說，有聖旨要将軍（指段芝貴）去北京輔佐皇上，連紅頂子、大花領、靴子、袍套等穿戴的衣物都送來了。将軍不肯去，嫁給東西都退交給來人帶回北京了。聽來人說，宣統又當皇上了，現在北京城内各衙門商号住戶都挂起龍旗，天還沒大亮，市面和車站方面就熱鬧起來了。”
雷震春早年曾在吳長慶手下任職，早就與袁世凱認識，後來又參加了小站練兵，與袁世凱更是日漸親密。袁世凱當政時，雷震春曾擔任河南護軍使、京畿軍政執法處處長等職。雷震春與段祺瑞和段芝貴一樣，都是安徽人。段祺瑞被罷後，在天津成立獨立各省軍務參謀處，委任雷震春任總參謀。
雷震春對民國的官職卻不怎麼在意，他是一個熱心帝制的人。早在袁世凱稱帝時，他就是大典籌備處的要員，積極為袁世凱活動。袁世凱稱帝失敗後，他成了被通緝的帝制罪犯，還是段祺瑞看在北洋老同僚的份上，把他保了下來。可是，張勳到達天津後，他們之間又一拍即合。6月14日，張勳進京時，雷震春也同車前往，并參與了此次複辟的機密，被授予陸軍部大臣的職務。
黎元洪
張勳進京前也曾專門到段府邀請段祺瑞去北京，一起共籌大計。張勳當時是拉着李經羲一起去的。李經羲的伯父是淮軍鼻祖李鴻章，而北洋軍閥多出于淮軍，包括袁世凱、段祺瑞等人，是以段祺瑞對李經羲也禮遇有加。到段府後，張勳勸說段祺瑞一塊進京，有大事相商，段祺瑞卻不肯，隻笑着說道：“政局就如同棋局一般，不急着落子的才是高手。”張勳一再邀請，段祺瑞始終不為所動。張勳堅持要請段祺瑞去北京，很大程度是因為他需要防備着段祺瑞，因為段祺瑞是北洋系的首領，一旦有變故，影響極大，事實也确實如他擔憂的一樣。
段祺瑞雖然拒絕了張勳，但段芝貴卻接受了邀請，準備随張勳一起去北京。臨行前，段祺瑞特意向段芝貴交代，千萬不可參與複辟之事，并且表示如果張勳要搞複辟，他一定會組織軍隊要打他。正因為如此，段芝貴進京後不久，發現張勳真的要複辟了，便很快又回到了天津，并把情況向段祺瑞進行了報告。
賈潤泉把李化甫的電話向段祺瑞報告後，段祺瑞并未感到吃驚，一切似乎都在意料之中。吃過早飯後，段祺瑞便乘車趕往段芝貴家中，準備商量如何對付張勳。段祺瑞到達後不久，皖系大将傅良佐和段芝貴弟弟段永彬等人也先後趕來了。 幾個人在屋裡商量了一陣，都認為必須要打張勳，其中以段祺瑞最為堅決，他認為張勳沒有聽自己的意思，堅持要玩複辟，這是在逼他動手。
興兵讨伐的主張當時得到了在座者的一緻支援，然而問題是，段祺瑞當時手中沒有軍隊，皖系比較靠得住的部隊都不在京津一帶，就連段祺瑞内弟吳光新的部隊也開到湖南去了，遠水難解近渴，而直隸附近的軍隊能否聽從他的指揮，他毫無把握。倒是段芝貴和傅良佐比較樂觀，他們都認為，憑着段祺瑞的威望，隻要振臂一呼，不愁沒人響應。
段祺瑞認可這一說法，他讓人查了一下附近的部隊，發現離天津不遠的馬廠就駐了一支部隊，那是北洋陸軍第八師，是屬于直系的部隊。師長名叫李長泰，是直隸武清人，雖然他是直系軍人，與段祺瑞關系比較疏遠，但他是北洋武備學堂畢業生，又在北洋第六鎮擔任過協統，算起來也是段祺瑞昔日的學生和部下。除了李長泰之外，第八師中不少軍官也都出自北洋武備學堂，與段祺瑞有着不少關系。一番思考之後，段祺瑞覺得這支部隊可以争取過來。于是，他派傅良佐立即去馬廠聯絡。
傅良佐走後，會議接着繼續進行。直到中午12點左右，段祺瑞才回家吃飯。到了這時候，複辟已經影響到了天津，直隸省長朱家寶率先響應複辟，指令天津懸挂龍旗。晚上18點左右，傅良佐終于從馬廠趕回來了。他向段祺瑞報告說，李師長表示堅決跟随總理。
段祺瑞對這個結果非常滿意，他指令段芝貴立刻去天津北站安排專車。當天夜裡，23點左右，段祺瑞便在段芝貴、傅良佐等人的陪同下，帶領少數副官、随從、便衣衛士以及中西餐廚師，總共約二三十人，乘着夜色秘密地登上專車，離開天津，前往馬廠。
段芝貴
馬廠是位于天津以南的一個小鎮，段祺瑞的專車抵達那裡時，已經是7月2日淩晨1點多了，第八師師長李長泰早就帶着率該師中級以上軍官正在車站迎候。随即，段祺瑞在李長泰等人的陪同下，一起趕往第八師司令部。段祺瑞到達第八師司令部後，稍作休息，天便亮了。這時候，傅良佐和駐保定的陸軍第三師師長曹锟已經聯絡妥當了。曹锟也表示願意接受總理的指揮，一切聽從排程，一緻讨伐叛逆。第三師的前身是北洋第三鎮，是建立陸軍的精銳部隊，曹锟當時有“虎将”之稱。得到報告後，段祺瑞精神大振，深感有了把握更大了。
就在段祺瑞等人忙着部署時，陳文運也趕到了。陳文運是段祺瑞的學生、老部下，當時是北洋政府陸軍中将，擔任北京第二講武堂堂長。張勳複辟的那天夜裡，陳文運正在北京，他發現事情不妙，便悄悄地溜出京城，回到天津家裡。段祺瑞離開天津時，派人給陳家留下話，讓陳文運一回來立即去馬廠。于是，陳文運到天津後不久，便趕到了第八師的駐地。段祺瑞找來陳文運，是希望他去解決掉天津方面的複辟黨。
當時天津方面，直隸省長朱家寶和直隸警察廳廳長楊以德都已經投靠了張勳，其中朱家寶屬于熱衷帝制的一批人，而楊以德則屬于跟風的一派。段祺瑞所要做的，是讓陳文運威逼楊以德，讓他趕走朱家寶。朱家寶當時已經被張勳任命為民政大臣，他本人又積極響應複辟，段祺瑞認為他靠不住，必須要趕走才能穩固後方。
陳文運接到指令後，立刻傳回天津，向楊以德轉告了段祺瑞的話。楊以德本來就隻是跟風而已，他一見段祺瑞要動真格的了，毫不猶豫就同意了按段祺瑞的意思辦。不久後，朱家寶就被楊以德趕出了天津城，天津市面上又重新換上了五色國旗，陳文運當即向段祺瑞彙報情況。段祺瑞很快就将陳文運任命為天津衛戍司令，讓他負責天津的防務。
段祺瑞到馬廠的消息，很快就傳播開來。因為事情來得突然，段祺瑞走得又十分急促，他的不少部下、幕僚以及追随者們當時都沒有得到通知。知道這一情況後，這些人便紛紛趕來，其中包括靳雲鵬、賈德耀等一大批人。
7月2日下午，梁啟超也風塵仆仆地趕到馬廠。對于這位輿論領袖，段祺瑞可不敢怠慢，他立刻親自到司令部門口迎接。對于梁啟超的到來，段祺瑞也非常高興：“任公此來，大振我軍軍威啊。”梁啟超笑着回道：“打仗我是不行的，我這次來給總理當個小秘書吧。” 段祺瑞大喜不已。随後，梁啟超便開始起草讨伐張勳的通電。
7月3日，湯化龍也到了馬廠。經過一番緊張的商讨和布置後，就在這一天，讨逆軍司令部正式成立。段祺瑞自任總司令，梁啟超、李長泰、湯化龍和徐樹铮為參贊，傅良佐、曲同豐為參議。讨逆軍下轄東西兩路軍：東路總司令為段芝貴，西路總司令為曹锟，段祺瑞親自統率第八師。
第二天，段祺瑞就以讨逆軍總司令的名義，發出讨伐張 勳的通電和釋出讨逆撤文，馮國璋在南京首先通電響應。同一天，段祺瑞還和馮國璋聯名發表通電，曆數張勳八大罪狀。有了這兩位北洋系巨頭帶隊，全國頓時一片讨伐張勳的聲音。7月5日，在第八師先頭部隊開至天津韓柳墅、廊坊一帶後，段祺瑞也由馬廠回到天津，開始讨逆行動。臨行前，梁啟超還即興撰寫了一副對聯，上聯是“上将軍段祺瑞”，下聯是“讨叛國逆張勳”。對聯寫好後，梁啟超當場贈給了李長泰。
段祺瑞
為了加強己方兵力，以便在最短的時間裡撲滅複辟，賈德耀等人又向段祺瑞建議重新起用馮玉祥。馮玉祥原本是第十六混成旅旅長，他雖然也是安徽人，但因為和徐樹铮、傅良佐等人不和，是以傾向于直系，也是以受到皖系的排擠。到最後，馮玉祥的旅長職務也被找借口撤掉，由他手下的團長楊桂堂接任。但是，馮玉祥在十六旅根基很深，深得軍心，楊桂堂接任後，根本就指揮不動部隊。當時第十六混成旅駐紮在廊坊，正是進攻北京的咽喉要道，張勳也在争取這支力量，是以無論從軍事上，還是從戰略位置上講，這支部隊都極為重要。
對于能否得到馮玉祥的支援，段祺瑞并無把握。賈德耀當即勸道：“馮玉祥本人是反對複辟的，我相信隻要總理肯恢複他的職務，他必定會全力以赴。”段祺瑞一口答應下來：“你去和他談談，隻要他反對複辟，我就恢複他的職務。”賈德耀向外走的時候，段祺瑞又補上一句：“你告訴他，隻要他打好了這一仗，我不光恢複他的職務，還讓他做師長。”馮玉祥得到段祺瑞的保證後，當場就加入了讨逆軍。
相比段祺瑞而言，此時的黎元洪格外艱難，他本來隻是請張勳一個人到北京調停，卻怎麼也沒想到他竟然會率領軍隊前來。原本在張勳到達北京之前，黎元洪的部下夏壽康就已經向他提出建議，恢複段祺瑞國務總理的職務，讓他負責将張勳攔在天津。隻可惜，黎元洪下不定主意，他找張勳來北京就是為了對付段祺瑞，現在為了對付張勳又要恢複段祺瑞職務，實在是拉不下這個臉。就在黎元洪猶豫的時候，機會便就此錯過。
張勳複辟以後，黎元洪無奈之下，隻得躲到了日本大使館避難。不過在避難之前，黎元洪還最後釋出了兩道指令，恢複段祺瑞國務總理的職務和要求副總統馮國璋代行大總統職務。黎元洪深知自己此時已經難以離開北京，隻能将讨伐叛逆的希望寄托在段祺瑞和馮國璋身上。段祺瑞本身以在野的身份組織讨逆軍不是那麼名正言順，黎元洪恢複他總理的職務，正好給了他一個合适的身份。另一邊的馮國璋很快也以代理大總統的身份，通電全國讨伐張勳，他将倪嗣沖任命為讨逆軍南路總司令，率領浙江、江西、湖北等省的北洋軍，進攻張勳的大學營徐州。
戰鬥正式打響是在1917年7月5日這天，讨逆軍兵分兩路：東路由李長泰的陸軍第八師和馮玉祥的陸軍第十六混成旅組成，他們在東路司令段芝貴指揮下，于廊坊會合，随後沿着鐵路進擊黃村。西路則是西路司令曹锟所率領的陸軍第三師組成，他們乘火車從保定開赴馬廠集結，然後向北京進攻。
戰鬥開始當天，東路軍就攻占了黃村，西路軍的先頭部隊吳佩孚旅也占領了盧溝橋，對駐守豐台的辮子軍形成夾擊之勢。到了7月7日，雙方進行了第一次正面交鋒，讨逆軍憑借着壓倒性優勢，向豐台發動猛攻。駐守豐台、南苑一帶的守軍大約有四個旅左右的兵力，其中主要是陸軍第十一師和陸軍第十二師，而真正屬于張勳的辮子軍隻有兩個營的人馬。第十一師和第十二師也是北洋系的人馬，哪肯為張勳賣命，戰鬥打響後，他們就直接在陣前倒戈，辮子軍驚慌失措下，隻得向城裡逃竄，讨逆軍乘勢追擊到了城下。
馮玉祥
也就在這一天，中國曆史上第一次飛機參戰誕生了。為了響應讨逆軍，南苑航空學校校長秦國镛派遣飛行學員張納墀駕駛飛機到天津段祺瑞請戰。段祺瑞立刻同意，讓秦國镛等組織飛機轟炸北京城。不久後，航空學校飛機工廠廠長潘世忠便親自駕駛飛機在豐台戰場投擲炸彈。辮子軍敗退後，潘世忠等人又駕駛飛機，到紫禁城投擲了三枚炸彈。這是中國首次真正使用飛機作戰，炸死的辮子軍隻有四五十個人，還誤傷了十多個平民，威力雖然不大，但影響極大，宣統皇帝在皇宮内吓得不行，其他大臣更是被吓得四散而逃。
7月8日，讨逆軍攻進了朝陽門，辮子軍被迫退守到天壇、紫禁城一線進行防禦。到了此時，張勳才發現，原來段祺瑞是真的要打他了。更讓張勳感到錯愕的是，原先在徐州會議上表示會支援他的督軍們，一下子全沒了聲音，反而還站出來準備讨伐他。張勳這才知道上當了，但他也沒辦法，隻得一邊下令修築工事進行頑抗，一邊急電徐州增派援兵。隻可惜，此時張勳的後路此時早已被切斷了。
在讨逆軍發起進攻之前，交通處長葉恭綽就已經暗中通知了京奉、京漢、京浦等各路局，迅速将所有機車、客貨車全部集中于天津一帶，不讓辮子軍使用。7月1日，段祺瑞到馬廠後，便下令讓第八師在南來各要道設崗嚴格檢查，凡是留辮者一律扣押。為了防止辮子軍增援，段祺瑞任命倪嗣沖為皖晉豫三省聯軍總司令，并派徐樹铮親自去蚌埠坐鎮，從背後牽制徐州的辮子軍。與此同時，段祺瑞派曾毓隽前往濟南，督促山東督軍張懷芝，讓他從中間割斷徐州與北京的辮子軍之間的聯系。此時，身陷北京的張勳，早已成了甕中之鼈，既進不得，也退不得。
更可怕的是，原先和張勳一起參與複辟的人這時候或縮頭或逃走或躲藏，甚至連他的部下也開始背叛了。駐守天壇的辮子軍将領李輔廷在讨逆軍攻入北京後，便被收買了。他按兵不動，拒絕聽從張勳的調遣。張勳帶往北京的部隊共十個營，到8号這天，便有六個營失去了控制，這對張勳是一個很大的打擊。而留守徐州大學營的張文生，這時候也從背後捅了他一刀。
張勳從徐州北上的時候，認為有其他各省督軍的支援，是以帶的人馬不多，大多數軍隊都留在了徐州。不過張勳也留了一手，他臨行前特意交代張文生在徐州好好地看家，并同張文生約定一個暗号，那就是複辟開始以後，隻要見張勳發電報“速運花四十盆來京”，徐州方面就調四十營兵開往北京，張文生一口答應下來，保證照辦不誤。結果，當複辟宣布後，張勳按照約定暗号發去了電報，張文生卻真的從徐州花園裡取出四十盆各種花卉，派兩個副官押運到北京，交給了張勳。
張勳一見，就知道張文生背叛了自己，他氣得渾身顫抖，連說：“壞了，壞了，這小子也抽我的梯子了。” 面對衆叛親離、四面楚歌的境地，張勳仍然不肯投降。忠于他的部隊這時隻有蘇錫麟指揮的四個營，連同衛隊加在一塊也隻有1500人，而讨逆軍和倒戈的京畿陸軍卻人多勢衆，武器精良，他們将北京城團團圍住，隻待段祺瑞一聲令下，便發動最後的攻擊。
就在這時候，段祺瑞卻向各部隊發出暫停進攻的指令。原來，各國駐華公使為了避免受到影響，都提出了外交解決方法。段祺瑞認為，為了保全北京人民的生命财産，避免這座古城遭受戰火的毀壞，同意接受外交談判來解決。
7月8日，段祺瑞派交涉處長劉崇傑和汪大燮入城，通過駐華公使團向張勳提出了取消帝制、解除武裝、保全張勳本人生命和維持清室優待條件四項停戰條件。在外交使團的壓力下，張勳仍然讨價還價，不肯接受全部條件。他對代表各國公使前來接洽的荷蘭公說道：“我絕對不會投降，這事又不是我一個幹出來的，我手上有他們的電報和簽名，他們誰也跑不掉。要是把我逼急了，我直接把這些全都抖出去。”
轉眼間三天過去了，和平談判依然毫無進展，在與外交使團達成協定後，段祺瑞在7月11日晚上，向讨逆各部隊釋出三路進攻的指令，要求他們在12小時内結束戰鬥的命。7月12日天剛亮，讨逆軍便先後攻進了朝陽門、永定門、慶安門、彰儀門以及中華門，辮子軍無力抵擋，紛紛繳械投降。一時之間，隻剩下南河沿張勳住宅仍在抵抗。戰鬥正在進行時，京師警察總監吳炳湘突然跑來，通知暫停進攻。他對指揮戰鬥的軍官們說：“馬上有輛插着荷蘭國旗的汽車經過，請不要射擊，讓它通過。”
葉恭綽
這輛汽車就是來接張勳的，車上有兩個荷蘭人、一個德國人和一個翻譯。在這之前，張勳的兩個姨太太和子女已經先行避往荷蘭使館，此時南河沿公館隻剩下張勳和他的二太太邵夫人。車到後，大家都勸張勳上車，但他死活不肯走。這時候，不知什麼地方突然打來一炮，房子頓時燃燒起來。外國人頓時急了起來，便和翻譯一起，不由分說把身材矮小的張勳架上了汽車。張勳拼命掙紮，又氣又急，惱怒中甚至朝身邊的一個荷蘭人狠狠咬了一口，但卻無濟于事。張勳走後，殘餘的辮子軍全部繳械了。北京城中又飄起了五色國旗。一場複辟鬧劇僅僅持續了十二天就結束了。
張勳複辟被鎮壓後，段祺瑞赢得了“三造共和”的美譽。參與複辟的人員也遭到了通緝、逮捕或法辦。然而真正的元兇張勳卻一直逍遙法外，沒有受到絲毫懲罰。這自然引起了種種猜測。最有普遍性觀點認為，張勳手裡保留了徐州會議時各省督軍和代表們的簽名以及他們發來的複辟的信函和電報。這些材料牽涉了很多北洋系軍閥，甚至還包括了當時的代總統馮國璋和國務總理段祺瑞。正因為如此，這些人投鼠忌器下，才不得不放他一馬。不過張勳雖然逃過了一劫，但政治生涯卻就此結束，再也未能複出。