冯玉祥虽然已和奉张暗通款曲，但他确有坐观成败之意，他要看直军有了败兆才敢动手。吴佩孚上了前线后，冯是犹豫的。他怕吴在前线打了胜仗，他一发动，吴率师回京平乱，他就完了。所以他在待机而动，所得情报来自直军总部的，是胜利在望；来自日方的，则谓直军不利，前线危急。
当他收到吴的参谋长来电催促进兵时，特别是吴佩孚从京城里抽调卫戍部队的举动，他认为直军失败的可能性增大了，因此乃下了决心“倒戈”。
移后军作前军向北京回师，他要在吴佩孚后方放一把火。11月4日傍晚，冯玉祥率军撤出前线，回师北京，发动了北京政变。在北京的冯部鹿钟麟、蒋遇鸿与孙岳里应外合，打开城门。
鹿钟麟率部率先入城，与直系孙岳的第十五混成旅在城中的部队会合。士兵们一律佩戴蓝布白字的臂章，上写“誓死救国，不扰民，真爱民”。政变军队分兵把守各重要路口，并戒严断绝交通，迅速占领各部、署衙门。
这次“北京政变”真可谓迅雷不及掩耳，一举获得成功，曹锟在事先一点不知情的情况下被抓住幽禁了起来。说来也巧，他在上任之初即被点了个，越怕捉放还是被捉放，看来天意难违。
吴佩孚尚不知后方突变，他率僚属赴西清督战，直军前线士气转旺，奉军攻势曾受阻遏，战局颇有转机。
中午时分，吴佩孚的日籍顾问冈野增次郎急匆匆赶来，他拿来两处电报，略带颤音说：“司令，我先后接到来自北京和天津打来的最紧急电报，内容大同小异，北京城内有了大变故！”
吴佩孚大吃一惊，他接过电报，均言“讨逆军第三军司令冯玉祥等于4日下午六时退出战场，未经枪战即攻入北京，发动政变，曹锟总统已失自由，北京情况不明，酝酿巨变。”
电报中所列参加政变人士均为直系巨头，包括冯玉祥、王承斌、王怀庆、孙岳等。看完冈野的电报，他立刻相信有这种可能，因为他对冯玉祥并不信任。
当晚，吴佩孚率领高级参谋人员回到总部，立即召集紧急军事会议于总司令室，各高级将领均出席。吴以沉痛的态度，宣布北京兵变及总部退却计划，瞬息之间，直奉战场形势大为改变。
决定前线军事由彭寿莘总负责，停止对奉军的进攻转入全线防御，由吴佩孚亲率主力第3师星夜返回北京平乱。直到这时候，他还以为自己有能力力挽狂澜，准备平乱后再和奉系一决雄雌呢。
午夜，吴吴佩孚自己乘总部专车带了一团卫队约有3000人星夜疾驰回返，他拖着沉重的心情和疲累的身体，一夜未眠。总司令部列车于凌晨2时离廊坊，到次日上午4时，列车到达通州站外不足10里。遇到了从北京溃败的少量直军，才知道形势已经比他想象得更危急。
原来11月5日，冯玉祥在北苑召开会议，商讨如何应付北方时局。出席会议的有孙岳、黄郛、王正廷等人。这次会上，冯玉祥被推为国民军总司令兼第一军军长，孙岳任副总司令兼第二军军长。鹿钟麟入城有功，升任师长，并任北京警备司令，驻扎在东单帅府园。
鉴于孙逸仙尚无确切消息、吴佩孚率军攻击杨村等情况，孙岳提出成立摄政内阁。为表示欢迎孙逸仙主政的诚意，所定阁员多为南方的老革命党员，如黄郛，财政总长王正廷，跟随孙逸仙来京的国民军系统李书城，李烈钧等。会议决定让曹锟下令停战，免去吴佩孚本兼各职，并宣布自动退位。
挟曹锟令吴佩孚很有效，前线直军也知道了城门失火，都无战心，大势已去的吴佩孚不得已宣布停战。
在此之前，西北人民军已攻克郑州防线，挺进新乡，并从此直插直军老巢保定府。
不知道是谁走透了消息，把张汉卿许诺让冯玉祥担任山东督理的权宜之计捅出去了，倒让张宗昌吓了一跳。
战后势必要重新划分势力范围，他知道自己非奉系核心的地位，先行把山东攫到手里再说，估计老、小张都会不好意思要的罢？所以尽管为抗击直系立下汗马功劳，张宗昌等不及享受胜利果实，借口追击直系残余，不等命令即迅速再度南下，继续回山东当他的草头王去了。