1920年，隨著護法戰爭的勝利，北洋軍成功奪取湖南，也就在這時，直系和皖系之間的矛盾開始爆發了。直皖雙方可以說是早有矛盾，只不過為了對付南方的護法軍政府才暫時聯合起來。而隨著護法軍政府的垮臺，直系和皖系的矛盾便再度展現了出來。
吳佩孚
直皖雙方最直接的矛盾就是湖南督軍一職，段祺瑞給了自己的親信張敬堯，而並非立下大功的直系大將吳佩孚。吳佩孚到達衡陽後，就開始通電要求南北和談，自己也不再繼續追擊湘軍，南北和談顯然不符合段祺瑞武力統一南北的主張。另一方面，隨著馮國璋的去世，曹錕成為了直系頭號人物，他心裡也想著繼承馮國璋的總統之位，結果段祺瑞卻將總統位置交給了徐世昌。這一切，都讓直皖雙方矛盾越來越大，很可能隨時都會開戰。
與此同時，直系還拉到了外援助陣，那就是奉系軍閥張作霖。張作霖原本是站在皖系一邊的，曾支援過段祺瑞武力統一政策。只可惜，這個過程中，張作霖與段祺瑞的心腹徐樹錚產生了矛盾。徐樹錚眼看奉軍逐漸勢大，就想趁著護法戰爭的機會削弱奉軍的實力，於是將奉軍6個混成旅的部隊全部調到湖南前線，企圖讓他們與南方軍互相消耗。
這一切當然瞞不過張作霖，他不但將前線的奉軍全部撤了回來，還要求段祺瑞懲處徐樹錚。除此之外，張作霖本身對總統之位也有意思，他深知直皖雙方鬧矛盾是自己揮軍入關的大好時機，當然不容錯過。1920年3月，張作霖打著要在天津辦壽宴的旗號來到了天津。不久後，曹錕即在保定以追悼直軍陣亡將士的名義，暗中召集八省代表舉行會議，商討如何對付皖系。這八省總督分別是：直隸督軍曹錕、奉天督軍張作霖、江蘇督軍李純、湖北督軍王佔元、江西督軍陳光遠、吉林督軍鮑貴卿、黑龍江督軍孫烈臣、河南督軍趙倜。這八位督軍除了趙倜之外，其他都是直系奉系的人。
曹錕和張作霖想要對付皖系，自然得找個藉口，他們沒有將目標對準段祺瑞，而是打著“清君側”的口號，要求段祺瑞驅逐徐樹錚。這年5月，吳佩孚開始從衡陽撤防，經嶽州到達漢口。段祺瑞當然不會相信曹錕等人只是要對付徐樹錚，吳佩孚駐軍漢口更是讓他疑慮重重，於是就以北洋政府的命令催促吳佩孚早日率軍北返。當時湘軍已經開始反攻湖南，吳佩孚自然不願意這麼北上，於是便以交通部沒有安排車輛、自己又沒錢買票作為理由，堅持不肯北上。
段祺瑞無奈，只得找到徐世昌，讓他直接命令曹錕，再由曹錕給吳佩孚下令。這一下，吳佩孚沒辦法推脫了，不過他沒有返回直隸，而是與趙倜商量好了，先率軍駐紮在河南，以備隨時與皖系開戰。與此同時，駐防陝西的奉軍許蘭洲所部也開始向著華陰、潼關一線轉移，看樣子是準備進駐河南。
段祺瑞將這一切都看在眼裡，他一面讓劉鎮華率領鎮嵩軍向奉軍挑釁，一面則讓徐樹錚率領西北邊防軍趕回，準備以討伐陝南民軍和四川、雲南靖國軍的名義借道河南，然後將趙倜趕走，再集中全力在河南與奉系、直系決戰。張作霖也不是好惹的，他認為邊防軍如果調動，北京的防禦就很空虛了，要求奉軍入關駐防北京。段祺瑞當然不願意讓北京落入張作霖的手裡，只好將計劃暫且擱置。
6月15日，吳佩孚率領直系三個混成旅長趕到保定，參加曹錕召開的軍事會議，直系各路將領都前往參加。段祺瑞意識到大戰即將來臨，趕緊將徐樹錚從庫侖調回北京，調動皖軍開始備戰。除了段祺瑞之外，此時最不想開戰的就是大總統徐世昌，他趕緊將張作霖找來，希望他能夠調停直皖雙方矛盾。
曹錕
張作霖原本就是直系一邊的人，他所謂的調停只是與曹錕等人一起商量威逼北京政府的條件罷了。皖系的底線是必須保留徐樹錚西北籌邊使的職位，因為皖系重要的軍事力量西北邊防軍就隸屬於西北籌邊使，曹錕等人則堅持要將徐樹錚免職，雙方自然談不到一處。直系諸將索性就把矛頭全部對準徐樹錚，逼得徐世昌不得不將徐樹錚免職。
經過這件事情，徐樹錚對張作霖更加痛恨，他便以段祺瑞的名義將張作霖邀請到段祺瑞所在的團河開會。會議途中，徐樹錚偷偷將段祺瑞叫了出來，希望他能夠趁機將張作霖扣押下來。段祺瑞一時下不定決心，又再次返回了會議室。沒想到的是，張作霖竟然從段祺瑞臉上看出了不對頭，趕緊找藉口溜掉。徐樹錚卻不打算這麼算了，他乾脆讓廊坊駐軍襲擊張作霖的車隊。幸虧皖系的靳雲鵬和張作霖關係不錯，提前通知了張作霖，讓他得以換乘貨車回到了天津。
張作霖逃出虎口後，立刻回到奉軍司令部，打著“嚴守中立”的旗號積極備戰。眼看大戰無法避免，段祺瑞等人也下定決心，要武力討伐直系。7月8日，在段祺瑞的請求下，徐世昌正式下令，免除曹錕、吳佩孚等人的官職，交給段祺瑞處置。與此同時，段祺瑞將邊防軍第3師調到廊坊，邊防軍第1師與陸軍第9師、第13師、第15師都調往長辛店、盧溝橋、高碑店一帶，準備兵分兩路迎戰直軍。
直系方面接到訊息後，諸將憤怒異常，全都積極請戰。7月9日，曹錕正式在天津舉行誓師大會，任命吳佩孚為前敵總司令，讓他率軍討伐皖系。張作霖當然不會只是看熱鬧，他此時已經從軍糧城回到了奉天，立刻就發表通電，表示要率領奉軍入關“清君側”，讓段祺瑞不要袒護徐樹錚。
段祺瑞原本以為張作霖只是做做樣子，沒想到他竟然真的派出奉軍進駐到京津地區。陸軍第27師師長張作相最先率軍入關，其餘各路奉軍陸續跟進，他們以軍糧城為中心，很快就集結了七萬多人，這給皖軍帶來了不小的壓力。除了奉軍之外，皖軍還需要面對來勢洶洶的直軍，可謂是大事不妙。
有意思的是，這場一觸即發的直皖戰爭開戰前各路人馬吵翻了天，但實際上正式交戰只有3天，哪怕加上首尾兩天也不過5天而已。之所以這麼快結束，實在是因為皖系將領太過無能了。當時直軍號稱討逆軍，吳佩孚將討逆軍也分為兩路，西路以他自己為總指揮，東路則以曹錕的弟弟、薊榆鎮守使兼第4混成旅旅長曹鍈為總指揮。
11月14日，皖軍以第15師為先鋒，大舉向高碑店進發。靠著京津鐵路沿線的日軍幫忙，皖軍在前三天連續兩次擊敗討逆軍，順利佔領楊村等地。當時皖軍前敵總司令曲同豐將司令部設在涿州和高碑店之間的松林店，正計劃著繼續直搗保定，所以將部隊全部放在了前線，松林店反而沒有多少防禦。
11月17日， 吳佩孚率領一支精兵繞道突襲松林店，皖軍猝不及防下丟了前敵司令部，曲同豐等人全部做了俘虜，西路皖軍自此潰敗。東路皖軍則更是不堪，他們不光面臨著奉軍和討逆軍的夾擊，還攤上了一個無能的主帥。東路皖軍總指揮是段芝貴，他本身就是靠溜鬚拍馬上臺的，沒有多少能耐。直皖戰爭開始以後，段芝貴直接就將司令部安置在火車上，一邊指揮作戰的同時一邊打麻將。這樣的指揮效果可想而知，皖軍很快就遭到大敗，段芝貴一聽到前線失敗，立刻就乘坐火車逃走了。
曲同豐被俘以後，很快就投降了曹錕，在他的帶領下，前線不少皖軍選擇了投降。曲同豐原本是皖系將領中僅次於徐樹錚的存在，他的投降讓皖軍備受打擊，再也無力繼續作戰。無奈之下，段祺瑞只得通電下野，同時請求停戰。在直系和奉系的要求下，段祺瑞不得不將徐樹錚免職，同時解散邊防軍、安福會等皖系勢力，直皖戰爭就此結束。
直皖戰爭結束以後，直奉之間的矛盾又開始起來了，他們雙方的合作本來就是建立在利益上面。趕跑了段祺瑞之後，直系和奉系開始圍繞著北京政府進行新一輪的權力爭奪。雙方的裂痕最初是在直皖戰爭尾聲表現出來的。當時奉軍打著調停的旗號，直接將軍隊開進了南苑的皖軍駐地裡，將皖軍的裝備全部收繳。
與此同時，奉軍還接收了位於東直門的邊防軍庫房。除了物品之外，奉軍還吞併了不少皖軍的部隊，湯玉麟在西苑吞併了皖軍的炮兵以及無線電部隊。整個直皖戰爭中，奉軍出力不多，卻撈到了很多的戰利品。有意思的是，奉軍曾經在南苑繳獲了兩個空軍探照燈。後面這兩個探照燈被直軍拿走了，張作霖知道後，就不停向直軍追討，一直到要回來為止。
曹錕對此非常憤怒，忍不住對左右說道：“張作霖可真是個地地道道的鬍子，沒出力拿了那麼多東西也就算了，現在連兩個燈都要拿，真是太貪心了。”吳佩孚對此也非常氣憤，他認為奉軍在戰爭中根本沒有出什麼力，都是靠直軍在拼死拼活，結果仗一打完，奉軍就先跳出來搶奪戰利品了。
正是由於分贓不均，讓直系和奉系之間的矛盾逐漸擴大。再加上對皖系地盤的劃分上，雙方矛盾重重，終於導致直奉戰爭的爆發。
