1925年12月，郭松龄的大军杀向奉天，张作霖将五万人马交由张学良、张作相指挥，说：“我就剩这点家当，都拿出来，索性输个干净。”
11月23日，奉军大将郭松龄在滦州通电讨伐张作霖，率部杀向山海关。郭部的七万大军，是奉军装备最精良、兵员素质最高的一支部队，奉军的新式大炮有三分之二都在郭部。
郭松龄起兵前，张作霖听到风声，委任张作相为军团长，在山海关一线布防。张作相的军团，号称有五万之众，但大都是临时拼凑的部队，战斗力和郭军差距不小，在郭军的进攻下，先败于山海关，又败于连山、锦州，之后一败再败，一直退到了奉天一线。

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从前线跑回来的张作相，在张作霖主持的军事会议上，力主在巨流河一带拉开防线，和郭松龄进行决战。
张作霖眉头大皱，因为他可调动的兵力实在是有限。
奉军的直隶军务督办李景林和郭松龄、冯玉祥暗中结成了“反奉三角联盟”，后来因冯玉祥的部队大举向天津进军，和李景林部大打出手，李景林重新投向张作霖，和奉军的山东军务督办张宗昌合兵一处，组成“直隶联军”，共同对抗冯军。
关内的李景林、张宗昌自顾不暇，加之相对独立，也不大靠得住。关外的部队中，张作相的部队元气大伤，撤到奉天时已不到三万，算上张作霖近日来挖空心思搜罗的部队，拢共也不过五万余人，靠这些兵力，想赢兵锋正盛的郭松龄军，难度是很大的。
张作霖一咬牙，将五万人马都交给了张学良指挥，让张作相辅之，他清楚胜败难料，也豁出去了，告诉两人打败了也无所谓，大不了输个干净。
张作霖其实还有一支强大的预备队，那就是黑龙江军务督办吴俊升的部队。但张作霖有两个担忧，一是，在此关键时刻，吴俊升是否会有其他想法，会不会趁机自立，或不愿倾力相助；二是，郭松龄反奉时，吴俊升人在奉天，这会刚赶回齐齐哈尔（当时的黑龙江省府)，即使想要派救兵，也需要时间，能否在郭军到达巨流河时，赶到战场。
接下来局势的发展，让张作霖松了口气。
吴俊升回去召集部署开会时，当有人暗示不如暂时观望，让郭松龄和张作霖斗个两败俱伤之后，再行“摘桃子”。
吴俊升正色说：“我和张雨亭是生死与共的兄弟，除了出征奉天，没有别的选择。”
会后，吴俊升下令除少数留守部队外，黑省主力全数参战。为尽快赶到战场，吴俊升带着骑兵部队先行，向奉天疾驰而去。
郭松龄在占领锦州后，逗留了好几天，忙着开会，讨论占领整个东北后的人事任命等问题，这显然是操之过急且无必要，白白让奉军获得了喘息。
“反奉三角联盟”破裂后，李景林将本要从天津运给前线郭军的七万套军棉衣扣留。郭军士兵在严寒之下，等不来棉衣，不得不穿着单衣作战，对士气影响很大。
郭松龄在继续进军前，担心后方不稳，在山海关、锦州一线，留了近两万部队，犯了分兵的大忌。
12月20日，郭军占领新民后，和奉军隔着巨流河对峙。这时，双方的实力对比发生逆转。郭松龄因不断分兵，带到巨流河前线的仅剩四万余人，而奉军在吴俊升、热河的汤玉麟等骑兵部队赶到后，兵力已增加到近七万人，而后续的援军还在不断赶赴战场。
21日，奉军和郭军交火，但规模不大，都是零星的战斗。张学良在指挥所用电话和前线的郭军军官联络，除了郭松龄外，郭军的主要军官几乎都和张学良通过话，使得郭松龄对部队的控制度大减。
之后的两天，郭松龄亲临前线督战，但官兵战斗意志很差，未取得任何进展。23日下午，吴俊升的骑兵部队袭击了郭军后勤基地白旗堡，将囤积的物资烧掠一空。
24日凌晨，郭松龄见大势已去，带着妻子韩淑秀及少数亲随乘大车向南逃跑，途中遭遇奉军骑兵冲击，郭松龄夫妇下车步行，躲到一户农家的菜窖中，但很快就在搜捕中被抓。
张作霖在杨宇霆的建议下，下令将郭松龄夫妇枪杀于辽河边，并暴尸三日。
郭松龄长期充当张学良的副手，他的部下本也是张学良的部下，因此张作霖让张学良全权负责善后工作。
郭松林的倒戈，让奉军元气大伤，对郭军残部中的普通军官、士兵，奉军元老都主要留用。对郭军中的中高级军官如何处理，则分歧很大。
吴俊升、汤玉麟主张将团以上军官全部杀掉，其余中级军官不予任用。
张作相反对说：“这个乱子是郭鬼子搞出来的，他已被处决了，其他人就都从宽吧。”
吴俊升气冲冲的说：“几个带头的军、师长总要杀掉吧。”
张作相说：“既然从宽，索性一个不杀。”
张作霖考虑后，采纳了张作相的主张，让他协助张学良善后。郭松龄反奉时，有两个主要幕僚林长民、饶汉祥。林长民在跟着郭松龄逃跑时，在乱军中被流弹打死。
饶汉祥被抓后，张学良笑着对他说：“听说在滦州发的那个讨伐我们的檄文，就是你操刀的啊。”
说完，张学良让人拿来路费，恭送饶汉祥离开。饶汉祥很是感慨，回去后对人说：“张汉卿这人不错，有春秋大义。”
郭松龄带到巨流河的部队，除伤亡的几千人外，其余都被顺利收编，重新加入奉军。张作霖只杀郭松龄，不株连其他人的做法，让奉军避免了内讧，恢复了相当的实力。