以前奉張在滿洲與日本所訂的一切條約；保護日本在滿洲的一切權利；杜絕滿洲境內的左派政黨活動等。郭鬆齡對日本的這些要求一概嚴詞拒絕。日本關東軍遂決定全力支持張作霖，討伐郭軍。12月9日，日軍某部從沈陽移入奉天。隨後，日本內閣作出增兵滿洲的決定。在日本帝國主義的幫助之下，12月13日左右，張作霖把吉林張作相的援軍、黑龍江吳俊升的騎兵和熱河退回的部分力量集合起來組成3個軍，張作霖自任總司令，楊宇霆為總參謀長，張學良為第一軍司令，擔任中路；張作相為第二軍司令，擔任右路；吳俊升為第三軍司令，擔任左路，並在巨流河岸興隆店組成司令部，阻擊郭軍。另外，日本士兵和炮隊也加入了奉軍的防線。12月12日，郭向營口派出一支部隊，企圖占領營口，再從營口北上進攻奉天。然而，由於日本的乾涉，郭軍被迫離開營口，放棄了從營口向奉天進攻的計劃。隨後，郭繼續率部前進。17日占領自旗堡，20日占領新民，與奉軍隔遼河對峙。次日，郭軍開始向奉軍發起攻擊，但由於奉軍頑強抵抗，郭軍毫無進展。這時日本關東軍一方麵借“南滿附屬地不得侵犯”為由阻止郭軍前進，一方麵以80架飛機，用重型炸彈轟炸新民一帶，配合奉軍正血戰場。同時以喬裝奉軍的方式從左側壓迫郭軍，掩護吳俊升部騎兵抄襲白旗堡郭軍後方，郭軍三麵受敵，於2月23日失利。在2月24日淩晨，郭鬆齡見大勢已去，自率衛隊200多人，帶著夫人韓淑秀等向營口方向出走，但卻在新民被王永清的騎兵團抓住。後被張作霖所派衛隊團團長高金山於押解途中槍斃。
郭鬆齡的倒戈雖然在日本帝國主義與奉張勢力的合擊下失敗，卻給奉張軍閥勢力以沉重打擊。它軍事上嚴重削弱了奉軍勢力，經濟上由於軍費的激增和戰爭的損失，奉張在戰後出現巨大的財政赤字，奉票猛跌。在政治上奉係由於其勾結日本帝國主義，出賣國家權益而激起人民的強烈反抗，奉張的統治遂日趨危機。
