1917年7月1日，复辟派头目张勋借“调停”继任总统黎元洪与国务总理段祺瑞政争（5月23日段祺瑞被黎免职）之机，悍然在北京城内挂起龙旗，拥清逊帝溥仪登极复辟。次日，黎元洪在张勋武力威胁之下，避人东郊民巷日本使馆区，临行前派人赴南京特委冯国璋代理总统职务；又派人赴天津，重任段祺瑞为国务总理，并命其兴师讨逆。
当年5月段祺瑞被黎元洪免职后，一直躲在天津筹集力量，准备驱走黎元洪，解散国会，以卷土重来，重掌政柄。他一面怂恿、支持皖、奉等八省北洋督军宣布独立，对黎元洪施加压力；一面于6月2日在天津成立“各省军务总参谋处”，将各省北洋军阀、研究系、交通系政客等拥段力量聚集门下，而以洪宪帝制要犯雷震春为总参谋。段还打算成立临时政府，拟赶黎下台后，举徐世昌为大总统，建立以段为核心、以共和为招牌的个人独裁政权。为创造最有利的时机，他表面上常常扬言，只要张勋复辟，他“必尽力扑灭”；暗地里皖系骨干、段的智囊徐树铮却竭力唆使万绳械（张勋的参谋长）在张左右鼓动复辟。徐树铮并出席了张勋在1917年5月下旬召开的策划复辟的第四次徐州会议，当场表示：段祺瑞虽然不能公开支持复辟，但只要达到解散国会和驱黎的目的，其他一切在所不计，默许了张勋的复辟计划；又在私下里对其同党说：“张勋是复辟脑袋，先让他去做，我们机会就来了”，流露了利用张勋复辟以卷土重来的真意。7月2日，段祺瑞在天津得知张勋发动复辟、并接到黎元洪重任他为国务总理的命令后，立即召集左右商讨对策，决心利用这一有利时机，重新登台；同时因另立临时政府、举徐世昌为大总统的计划遭到美国等列强的反对，故此决定接受黎元洪的任命，就任国务总理，以达名正言顺便于号召之目的。当日晚，段率靳云鹏、张志潭、梁启超、汤化龙从天津赶赴马厂，策动驻马厂的第八师师长李长泰、驻廊房的第十六混成旅旅长冯玉祥及驻保定的第三师师长曹锟，联合所部组成“讨逆军”，于7月3日在天津马厂第八师司令部举行誓师，组成“讨逆军总司令部”，公举段祺瑞为讨逆军总司令，段芝贵为东路讨逆军司令，曹锟为西路讨逆军司令，段祺瑞自领第八师，任中路军司令。以梁启超、徐树铮、李长泰为讨逆军总部参赞。其他研究系政客汤化龙、交通系政客叶恭绰等均参加了总司令部，分任职务。当日，段祺瑞在马厂发表由梁启超起草的反对复辟的通电，电文指斥了张勋怀抱野心、妄图推翻共和国体的罪行，表明了反对复辟帝制的立场。如说：“天祸中国，变乱相寻。张勋怀抱野心，假调停时局为名，阻兵京师，至七月一日遂有推翻国体之奇变。窃惟国体者，国之所以与立也，定之匪易。既定后而复图变置，其害之中于国家者，实不可胜言。”“今日民智日开，民气日昌之世，而欲以一姓威严驯伏亿兆，尤为事理所万不能致。”但它不从共和制度优、专制制度劣方面立论，而仅认为国体“定之匪易”，“既定”而不可复改；“民国肇建”，不是中国人民长期奋斗的硕果，而是由于“前清明察世界大势，推诚逊让”；所以反对复辟，不是为保卫共和，而是由于“既已服劳于民国，不能坐视民国之颠覆分裂而不一援。且亦曾受恩于前朝，更不忍听前朝为匪人所利用，以陷于自灭。”——仍援不事二主、不做“贰臣”之封建观念。在这里，可以清楚地看到“先朝旧臣”的本色。同日，段祺瑞又以“讨逆军总司令”名义发布讨逆檄文。这个檄文除了从政治上讨伐张勋擅变国体以外，还交代了“讨逆军”的政策：仅孤立打击张勋一人，余者不咎，甚至为清室开脱罪责，说清室本不愿复辟，乃系受张勋强暴胁迫，故清室优待条件仍然有效。冯国璋也于3日在南京发表讨逆通电，指斥张勋借“调停”时局之机，“擅行复辟”的罪行，表示“誓扫妖氛”，“刻日兴师问罪，殄此元凶”。4日，冯、段又联合发表讨逆通电，列举张勋八大罪状，表示要“整率劲旅”、“犁扫贼巢”，使“国命重光”。而在所列八大罪状中，有三条是指责张勋“危害清室”之罪，并极力为清室开脱干系，表明军阀反复辟的不彻底性。
段祺瑞讨伐张勋复辟，得到了日本的大力支持。日本政府在大隈重信内阁时期曾纵容宗社党复辟清室，而自1916年10月寺内正毅上台后，改变方针，全力扶植段祺瑞，明确反对张勋复辟。寺内的心腹西原龟三于6、7月间一直潜伏于天津，为段出谋划策。继而又派出青木宣纯中将帮助段策划军事。从7月1日至6日，段祺瑞以各种名义向日本三菱洋行、大仓洋行和正金银行约取得300万元以上的贷款，充作讨逆军的军费。本来根据《辛丑条约》的规定，中国军队不能在天津周围20里以内采取军事行动，亦系经由日本公使向各国建议特许中国讨逆军在天津附近有行车及运输的自由，而得到各国同意的。
7月5日，段祺瑞自马厂回到天津，宣布就总理职（暂以直隶督署为总理办公处），并开始指挥讨逆军事。根据7月3日马厂会议决定：讨逆军分东、西两路进行，西路由曹锟任司令，率第三、第二十师沿京汉路北上；东路由段芝贵任司令，督第八师和第十六混成旅集合于廊房，沿京、津路西进。5日凌晨，东路军第八师一部在廊房、万庄之间与辫军首次接战，辫军退往丰台，讨逆军追至黄村以北。同日，西路军第三师也乘火车北上，占领涿州、良乡，直抵芦沟桥。6日，东路军冯玉祥部参加战斗，与第八师合兵追击辫军至丰台以东。7日，东路军与辫军激战于丰台，西路军从后夹攻，陈光远第十二师也加入讨逆阵营，与西路军配合。辫军腹背受敌，四散逃命，原依附张勋的近畿第二旅倒戈，加入讨逆军。讨逆军乘胜占领丰台。同一天，由南苑航空学校组成的讨逆军航空队轰炸了城内辫军营地和清官，往清官投下的三枚炸弹，一枚落于乾清官水池，未爆炸；一枚落于养心殿前，炸坏殿前金缸；一枚落于某殿台阶上，当场炸死侍卫、太监、轿夫各一人，使辫军和清官内人人自危。同日，西路军又占领了协寨、跑马场等地。至此，北京城东南各要隘均为讨逆军控制。
自段祺瑞重新就任国务总理、宣布讨伐张勋后，原支持张勋的北洋军阀纷纷摇身一变，追随段祺瑞“讨逆”。故此，张勋发动复辟后听到的是来自全国各地的讨伐声，而得不到各省的响应。7月4日他曾致电参加徐州会议的各省军阀，要求他们实践前言，赞助复辟。当他得知段祺瑞组织讨逆司令部后，大为愤懑，怒气冲冲地向报界发表谈话，揭露徐世昌、段祺瑞乃破坏约法和国会、推翻总统黎元洪的主谋和祸首，根本“不配说维护共和”，又威胁说：“芝泉（即段祺瑞）如果逼我急了，我即将徐又铮（即徐树铮）累次到徐州求我对于黄陂（即黎元洪）、对于国会种种计划，种种文件，一一宣布。”7月6日又致电北洋各省督军，揭露徐世昌、冯国璋等均曾参与复辟之谋，谓其“信使往还，均有可证”。但是，张勋的哀求与威胁均不能奏效，许多支持过复辟的军阀也都倒戈相向。张勋见大势已去，只得一面向伪清廷提出辞职，一面请求北京公使团出面“调停”。8日，伪清廷召开皇族会议，准张勋辞去议政大臣暨直隶总督兼北洋大臣职务，责成徐世昌组阁。徐来京前，由王士珍代理阁务。经徐世昌斡旋，讨逆军方面派出外交代表汪大燮、刘崇杰入城，与外国使团接洽，希冀外国使团促使张勋投降。段提出停战条件三款：（1）保留清室优待条件；（2）取消帝制；（3）解除张勋及部下武装，但保全张勋生命。张勋的答复是：“第一同意；第二不同意；第三不解除武装。”9日，讨逆军已兵临城下，复辟派纷纷出逃，协助张勋复辟的第二十八师师长冯德麟在天津车站被捕，帝制派急先锋张镇芳、雷震春也于10日在丰台车站被查获，只有康有为化装逃跑。9日、10日，王士珍、江朝宗、吴炳湘等两次劝告张勋投降，张勋大骂参加徐州会议之人背信弃义，一口拒绝投降，而要求“调停”，拒绝解除武装，要求率辫军仍回徐州；并不以优待清室为满足，仍坚持实行君主立宪。张勋以为，现在的“讨逆者”正是他复辟当初的同盟者，他们虽然“讨逆”，未必没有“投鼠忌器”的顾虑，不一定能把他张勋怎么样，所以敢于死硬到底。
段祺瑞见劝降既不可能，决计攻城。11日晚荷兰公使代表外交团向讨逆军提出，攻城战争只能以12日上午4时至晚12时为限，大炮只允许放实弹一发。12日凌晨，讨逆军分三路向北京城内_的辫军发起总攻击。东路军第八师和十六混成旅自城南经永定门直取天坛，西路军第三师自城西占领彰仪门；中路军十一师、十二师占领朝阳门。辫军分两处设防：城外步兵6个营守天坛；城内4个营驻守辫军大本营——张勋私宅南河沿一带。天坛辫军稍加抵抗，迅即投降。南河沿辫军则负隅顽抗。上午10时，讨逆军仅发的一颗炮弹恰中张勋住宅，张在两个外国人的保护下逃进荷兰使馆，辫军缴械投降。至此，讨逆战争结束。讨逆战争从7月5日至12日，历时8天，实际上只经历了7月6日一7日和12日两次战事，辫军被打死者仅70余人，讨逆军战死20余人，可见战斗并不激烈。7月6日，冯国璋已在南京宣布就任代理大总统，同日下令将接替段祺瑞国务总理职务的李经羲免职，正式任命段祺瑞为国务总理。14日，段祺瑞以“再造共和”的功臣姿态回到北京。当日下午即到日本公使馆迎接黎元洪，黎于同日连发两道通电坚拒复任。次日，段祺瑞派人赴南京请冯国璋北上就代理大总统职，并于同日正式组成以段派官僚和研究系政客为主体的混合内阁。8月1日冯国璋到达北京。北京政府在冯、段合作的新体制下暂时趋于稳定。段内阁组成后，曾于7月17日下令严缉复辟祸首康有为、刘廷琛、万绳栻、梁敦彦等，均系手无寸铁之人，而与张勋同谋复辟之军阀，如倪嗣冲、张怀芝等均置之不问。对于张勋，向荷兰公使要求引渡，但引渡后并未追究。1918年秋，徐世昌就任大总统后，即将其特赦，并退还其全部财产。1921年被任命为热河林垦督办，未就职。1923年病死于天津。
