在江蘇戰(zhàn)場(chǎng)上，戰(zhàn)斗爆發(fā)前，北洋第五師在韓莊前線僅駐有兩營(yíng)兵力，由旅長(zhǎng)方玉普率領(lǐng)(方升任旅長(zhǎng)后尚未接任，實(shí)際上只是擔(dān)任團(tuán)長(zhǎng)職務(wù)),五師其他部隊(duì)散處各地，尚未集中。張勛屯兵兗州，躍躍欲試，但并未南移。連袁世凱也認(rèn)為江蘇第三師師長(zhǎng)冷遹“向顧大局”,命令“五師嚴(yán)守準(zhǔn)備，未可輕進(jìn)”^[1],尚無主動(dòng)南侵之意。在討袁軍方面，同樣也無起兵準(zhǔn)備。這與江西戰(zhàn)場(chǎng)上早已兩軍對(duì)峙的情況不同。所以，冷遹到南京參加軍事會(huì)議，討論起兵討袁時(shí)就指出：“我的軍隊(duì)尚散在四鄉(xiāng)剿匪，南京一宣布討袁，山東邊境的北軍勢(shì)必進(jìn)攻，我若把不住第一線，怎么對(duì)得起各位？”^[2]
冷遹于南京宣布獨(dú)立之前回到徐州，倉(cāng)促地收攏部隊(duì)，于7月15日占領(lǐng)利國(guó)驛。16日晨，冷遹未待全師集中，也未待一、八兩師北上，即以孤軍率先投入進(jìn)攻，企圖一舉占領(lǐng)韓莊。方玉普率部抵抗，堅(jiān)守待援。江蘇第三師攻擊竟日，未能得手。17日晨，冷遹加強(qiáng)了前線的兵力，繼續(xù)發(fā)動(dòng)猛攻。正酣戰(zhàn)間，張勛武衛(wèi)前軍統(tǒng)領(lǐng)張文生率部來援，田中玉部巡防營(yíng)隨后也到達(dá)韓莊前線。江蘇第三師遭北軍夾擊，被迫退守利國(guó)驛。
張勛自辛亥年敗退兗州以來，時(shí)時(shí)妄想復(fù)仇。這時(shí)，張部成了江蘇戰(zhàn)場(chǎng)上北軍的主攻部隊(duì)。對(duì)于這個(gè)封建余孽，黃興竟企圖利用他的忠君思想，策動(dòng)其反袁，希望他“率一旅之眾，直搗濟(jì)南”^[3],這實(shí)在是一個(gè)在政治上無益的舉動(dòng)，當(dāng)然不可能改變張勛仇視革命的頑固立場(chǎng)。
7月18日，北軍轉(zhuǎn)入反攻。袁世凱調(diào)兵遣將，支援前線。是日，北洋第五師十九團(tuán)由團(tuán)長(zhǎng)潘鴻鈞率領(lǐng)，步行二百里趕到韓莊，炮五團(tuán)團(tuán)長(zhǎng)鄭士琦也自濟(jì)南率步兵一營(yíng)、炮隊(duì)一連趕到前線，將利國(guó)驛車站轟毀。北軍兵力加強(qiáng)，討袁軍后援未到，被迫撤出利國(guó)驛，扼守二郎山口。19日，富有戰(zhàn)斗力的討袁軍主力第八師由劉建藩率領(lǐng)抵達(dá)前線，向敵軍左翼實(shí)施反攻，激戰(zhàn)一晝夜，包圍敵軍一部。北洋第五師將兩營(yíng)后備隊(duì)全部投入戰(zhàn)斗，才突圍后撤。是日上午，討袁軍江蘇第一師一支隊(duì)開赴前線，聲勢(shì)大振，再度向敵反攻，迫使北軍撤退到利國(guó)驛附近。討袁軍前鋒一度追過運(yùn)河。
但是，討袁軍兵力不足，未能擴(kuò)大戰(zhàn)果。22日，北洋第四師何豐林旅開抵前線，北軍實(shí)力加強(qiáng)。張勛所部馬隊(duì)繞道臺(tái)兒莊進(jìn)擊徐州東路，威脅討袁軍側(cè)背。討袁軍在徐州北的柳泉—茅村之間與敵激戰(zhàn)，態(tài)勢(shì)不利。這時(shí)，江蘇第三師張宗昌部馬隊(duì)在北軍策動(dòng)下竟率先后退，擾亂了討袁軍的陣線。討袁軍全線潰退，放棄徐州，直奔蚌埠。
北軍于7月24日未遇抵抗，占領(lǐng)徐州。討袁軍盡管建制完好無損，但高級(jí)將領(lǐng)們斗志消沉，無意部署節(jié)節(jié)抵抗。一、八兩師奉命撤回南京。第三師則軍心渙散，冷遹脫離部隊(duì)回到南京，旅長(zhǎng)伍崇仁等退守浦口，向北軍接洽投降。只因北軍進(jìn)兵遲緩，才使戰(zhàn)事處于間歇狀態(tài)。
當(dāng)討袁軍在徐州北鏖戰(zhàn)之際，上海討袁軍因幻想和平接管制造局，因而遲遲沒有開戰(zhàn)。這樣就使北軍于抵滬之后，贏得了半個(gè)多月的準(zhǔn)備時(shí)間。臨戰(zhàn)之前，鄭汝成放棄了龍華分局以收緊兵力，集中力量堅(jiān)守總局。他又迫使原駐局內(nèi)的六十一團(tuán)、三十七團(tuán)撤往局外，防止發(fā)生內(nèi)應(yīng)事變。北軍日夜興工，加強(qiáng)防御工事，決心堅(jiān)守待援。
對(duì)于上海戰(zhàn)局來說，更為嚴(yán)重的是，海軍倒向了北軍一邊。海軍自煙臺(tái)回滬以后，態(tài)度就有所變化，但在上海開戰(zhàn)前，依然“人心甚活”^[4]。當(dāng)7月16日吳淞要塞司令姜國(guó)梁宣布獨(dú)立時(shí)，海軍總司令李鼎新曾派艦隊(duì)會(huì)同步隊(duì)一營(yíng)往攻吳淞，“乃兵艦多不贊成，愿守中立”^[5]。于是，袁世凱政府又派人持京、滬外國(guó)銀行匯款一百四十萬兩運(yùn)動(dòng)海軍官佐。應(yīng)瑞艦長(zhǎng)毛仲方、楚有艦長(zhǎng)魏子浩因不贊成參戰(zhàn)，被迫辭職。7月18日，飛鷹艦奉命上駛九江，企圖駛進(jìn)吳淞口時(shí)，遭到吳淞炮臺(tái)的攻擊，軍艦受傷。這樣，海軍與討袁軍就對(duì)立起來。上海開戰(zhàn)之后，海軍總司令李鼎新指揮艦隊(duì)協(xié)助鄭汝成攻擊討袁軍，從而使討袁軍遭到意外襲擊。
陳其美鑒于滬上各軍力量不足，不得不向南京請(qǐng)?jiān)?。南京方面看到上海行?dòng)不力，影響大局，只好從鎮(zhèn)江趙念伯的三十二旅撥出一團(tuán)支援上海，于7月19日到達(dá)；又把南京的福字營(yíng)調(diào)回上海，于22日到達(dá)。福字營(yíng)為劉福彪統(tǒng)帶，辛亥革命時(shí)由上海游民分子組成，1912年間由程德全將該軍調(diào)赴南京，有炮一營(yíng)，步二營(yíng)，但實(shí)力不足。劉部到滬后，陳其美將福字營(yíng)改編為特別敢死隊(duì)。至此，上海討袁軍的兵力部署大體完成。
23日凌晨2點(diǎn)55分，戰(zhàn)幕揭開，上海討袁軍向北軍駐守的制造局發(fā)動(dòng)進(jìn)攻。六十一團(tuán)、三十七團(tuán)攻擊制造局西柵，福字營(yíng)助攻，松軍、鎮(zhèn)軍攻擊望道橋制造局正門。北軍死戰(zhàn)，海軍發(fā)巨炮壓制討袁軍火力，滬軍炮兵營(yíng)被摧毀，討袁軍的進(jìn)攻遭到挫折。北軍憑借既設(shè)陣地，發(fā)揮訓(xùn)練有素的技戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢(shì)和火力優(yōu)勢(shì)，成功地以微小的代價(jià)擊退了討袁軍的進(jìn)攻。討袁軍由于軍官缺乏戰(zhàn)術(shù)素養(yǎng)，士兵缺乏戰(zhàn)斗訓(xùn)練，隊(duì)形密集，射擊不準(zhǔn)，攻擊乏力，自清晨3時(shí)一直戰(zhàn)斗到上午11時(shí)，攻擊無效，傷亡累累，不得不暫時(shí)停止進(jìn)攻。
上海戰(zhàn)事爆發(fā)后，列強(qiáng)明顯地支持袁世凱。租界當(dāng)局于當(dāng)日悍然議決將黃興、孫中山、陳其美、岑春煊、李平書、沈縵云、王一亭、楊信之八人逐出租界。列強(qiáng)外交人員通過各種途徑，向袁世凱政府透露討袁軍的軍事秘密。
23日夜，討袁軍因白天攻擊不利，發(fā)起夜戰(zhàn)，但依然未能奏效。鄭汝成看到討袁軍攻擊受挫，士氣不振，頓時(shí)猖狂起來。他函致南市商團(tuán)威脅說，如果陳其美不取消司令部，他就要進(jìn)攻南市。陳其美為避免南市商場(chǎng)遭到戰(zhàn)火破壞，遂將司令部遷往閘北南海會(huì)館。
24日晚，討袁軍依然出師不利。紅十字會(huì)會(huì)長(zhǎng)沈仲禮、英國(guó)醫(yī)生柯司在駐滬領(lǐng)事團(tuán)支持下，向討袁軍運(yùn)動(dòng)停戰(zhàn)，但談判沒有結(jié)果。25日晚，雙方續(xù)有戰(zhàn)斗。翌日，駐滬領(lǐng)事團(tuán)與工部局西董會(huì)議，再次干涉中國(guó)內(nèi)爭(zhēng)，竟出通告宣布：“或在本界，或于本界以北毗連各鄉(xiāng)，不準(zhǔn)作為行軍根據(jù)及陰謀計(jì)策中點(diǎn)之用。兩方面之中國(guó)兵弁，無論何方，均須遷出本界北鄉(xiāng)之外，以免戰(zhàn)事波及本界，而保衛(wèi)各國(guó)守分商民之安寧。且軍事領(lǐng)袖與有連帶者，無論何黨，或文或武，亦應(yīng)由本界及本界北鄉(xiāng)立即遷出，如違定行提究?！?sup>[6]顯然，這是租界當(dāng)局打擊討袁軍的嚴(yán)重步驟。27日晨，租界工部局借口閘北中國(guó)商人請(qǐng)求保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)，派遣總巡捕卜羅斯率馬隊(duì)三十余人侵入中國(guó)地界，開往閘北南海會(huì)館和湖州會(huì)館，驅(qū)逐討袁軍。蔣介石所率原六十一團(tuán)一部約二百零七名討袁軍為英軍繳械。于是，閘北一度為英、美軍隊(duì)控制。
28日晚，討袁軍對(duì)制造局北軍象征性地發(fā)起最后一次進(jìn)攻，很快就脫離了戰(zhàn)線。這一天，海軍總長(zhǎng)劉冠雄率領(lǐng)艦隊(duì)護(hù)送北洋第四師李厚基旅南下，三天后陸續(xù)抵達(dá)制造局。討袁軍遂由龍華向七寶一線退卻，制造局解圍。7月31日，浙江都督朱瑞派遣浙軍開赴上海支援北軍。松軍被迫輾轉(zhuǎn)撤往吳淞一帶。進(jìn)攻制造局之役至此完全失敗，上海討袁軍被迫侷守江灣—吳淞一隅。
還在上海討袁軍進(jìn)攻制造局剛剛受挫的時(shí)候，一度蟄居的程德全又重新活躍起來。他看到討袁軍到處失利，敗局已定，遂于7月25日發(fā)表通電，聲明南京獨(dú)立的一切文電，是“假用德全名義號(hào)召”^[7]。他又與應(yīng)德閎聯(lián)名通電聲稱：“17日抵滬后，即密召蘇屬舊部水陸軍警，籌商恢復(fù)?！?sup>[8]并宣布在蘇州行署辦事，從而在政治上給南京獨(dú)立以沉重的打擊。駐蘇州江蘇第二師師長(zhǎng)章駕時(shí)于南京獨(dú)立后即棄職赴滬，旅長(zhǎng)朱熙代理師長(zhǎng)職務(wù)，這時(shí)接受程德全指揮。翌日，鎮(zhèn)江也接受程德全命令宣布取消獨(dú)立，滬寧鐵路當(dāng)局也奉北京交通部的命令停止通車，寧、滬的聯(lián)系被截?cái)嗔?，二次革命的中樞南京陷入了腹背受敵的?yán)重局面。
黃興坐鎮(zhèn)南京，面臨著軍事形勢(shì)惡化，一籌莫展。程德全于7月26日致電黃興，要黃“取消討袁名義，投戈釋甲，痛自引咎，以謝天下”^[9]。28日，南京軍界接到了程德全取消獨(dú)立的密電，南京衛(wèi)隊(duì)營(yíng)長(zhǎng)張鵬翥更接到程德全捉拿黃興的電令。張把程的電令報(bào)告了黃興。黃興看到敗局已定，悲憤萬分，企圖自殺，經(jīng)部下一再規(guī)勸，遂于是夜乘日輪靜岡丸離寧，一走了之。他本擬赴滬，因無法上岸，遂隨輪前往日本。臨行之際，他囑陳之驥維持南京秩序，免遭亂兵蹂躪。黃興走后，討袁軍重要將領(lǐng)章梓、洪承點(diǎn)、冷遹也相繼離去。于是，南京陷入了“三軍無主”的局面。
黃興出走的同一天，沒有上任的討袁軍大元帥岑春煊也在上海發(fā)表聲明：“自問對(duì)于南北兩方面，無非以維持和平為惟一宗旨，不料兩方?jīng)Q裂，竟以兵事屬之。鄙人業(yè)已迭次堅(jiān)辭，未肯承認(rèn)矣，試觀上海一隅，戰(zhàn)端甫開，伏尸遍地，目不忍睹，耳不忍聞。如果各省紛紛效尤，內(nèi)亂不已，釀成瓜分，吾輩何可自為禍?zhǔn)缀酰楷F(xiàn)在謠言繁多，若不去滬，無以自明心跡?！?sup>[10]岑隨后即離滬赴粵。
7月29日，即黃興出走的翌日，代理江蘇民政長(zhǎng)蔡寅、第八師師長(zhǎng)陳之驥、代江蘇第一師師長(zhǎng)(原第一旅旅長(zhǎng))周應(yīng)時(shí)等當(dāng)即宣布取消獨(dú)立，并立即發(fā)電與袁世凱聯(lián)系，要求程德全、應(yīng)德閎回到南京處理善后事宜。南京獨(dú)立運(yùn)動(dòng)黯然瓦解。8月2日，孫中山看到寧、滬失利，不得不離滬赴粵，希望在廣東堅(jiān)持討袁。于是，二次革命的核心地區(qū)失去了精神支柱，整個(gè)二次革命戰(zhàn)線很快就全線瓦解了。