戰役背景
1925年末，原為奉系的郭松齡倒戈大軍占領錦州。13日攻克營口、瀋陽震動。張作霖準備下野，逃往旅順。郭松齡兩次致電日本公使和駐華外交團，聲明保護在東北的外國人，尊重既成條約，要求日本和各國嚴守中立，不要干涉中國內部事務。7日，日本關東軍迅速由鐵嶺、遼陽、海城等地結集於奉天府警戒，並聲明，表示不干涉中國內戰，同時警告郭松齡部和奉軍不得擾及滿鐵附屬地及日軍守備區域。15日，日本內閣決定：從其本土和朝鮮調動大批日軍到滿洲，增援張作霖。同日發表第二號警告，嚴禁對南滿鐵路兩側以及離鐵路20華里以內有直接戰鬥行為，並禁止對附屬地治安有紊亂之虞的軍事行動，否則一概繳械。18日，關東軍司令官移駐奉天省城，坐鎮指揮日軍。
郭松齡將所部整編為5個軍，郭親任總司令，原炮兵司令鄒作華為參謀長，劉偉、霽雲、魏益三、范浦江、劉振東任軍長。 1925年11月23日，七萬大軍浩浩蕩蕩向奉天進發，一場血戰拉開帷幕。
雙方兵力
奉軍方面張學良指揮兵力近七萬人，日軍干涉一面派炮兵加入戰局一面派80架飛機策應轟炸郭軍，又朝鮮調軍2個師團4萬人阻止反奉軍入奉，
郭松齡部兵力大概4萬人左右。
戰鬥準備
郭松齡奉軍總兵力倍於郭軍，且有優勢的騎兵。炮兵稍遜於郭軍，但也做了相應的補充。據時任奉軍炮兵司令部參謀長的廖安邦回憶：“同年郭松齡反奉，奉天處在危機中的時候，炮兵十四團卻成為張作霖炮兵的主力：以該團為基幹，又將原在步兵部隊中的炮兵人員全部調回使用，在巨流河東岸布置炮兵陣地。張作霖命令將兵工廠所有大小口徑的炮都運出來使用。用帥府的大騾車載運到陣地上來，每門炮給炮彈三百發，射完為止。”同時，張作霖又僱傭了日本人當炮兵。“這些日本人約有二百多人，是張作霖的日本顧問荒木貞夫在奉天日本車站找來的一些退伍軍人。”日本軍方還接濟張作霖大批軍械、彈藥，足夠奉軍一二個月之用。
戰鬥過程
日本人的干涉使張作霖有了喘息之機，他迅速將殘餘的部隊進行整編，任命張學良為前線總指揮，並在巨流河東岸布防。張作霖此時在巨流河的兵力約有六、七萬人，而且有優勢的騎兵。炮兵雖不及郭軍，但使用的多數是由奉天兵工廠運來的新炮和日本重炮。而且，由日本人親自指揮和操縱這些炮隊，彈藥也由日本人提供。
由於日軍的干涉，郭軍原計畫南北夾擊奉天不能實施，只得在巨流河一線正面與奉軍作戰。20日，郭軍奪取遼河西岸軍事重地新民，奉軍無險可守，郭軍進逼奉天。21日，郭松齡部隊與張學良部隔著巨流河決戰。張學良看著湍湍的巨流河，感慨萬端:“這好像是命中注定，以前在講武堂時，郭松齡與學良在此演習過，這裡的地形，我們雙方都很熟悉，就讓老師跟學生在此比比高低吧！”
22日，受寒冷、缺糧、缺彈藥困擾的郭松齡不待主力集中便發出總攻擊命令。郭軍對興隆店奉軍司令部形成包圍之勢，但最終因劉文清旅彈藥供應不上轉勝為敗。接著，吳俊升率黑龍江騎兵殺到，炸毀了郭軍在白旗堡的彈藥庫。郭軍遭此嚴重打擊，士氣低落，士兵中流傳:“吃張家，穿張家，跟著郭鬼子造反真是冤家”。
張學良乘勢加緊策反工作，親自給郭軍軍官打電話，講明形勢，表示既往不咎，致使郭軍全線震動。早已離心的郭軍參謀長鄒作華通過日本駐新民領事分館與張學良通了電話，表示不再為郭松齡作戰。 23日夜，郭松齡召開軍事會議商議策略，將領們的態度很不統一。鄒作華、高紀毅等將領極力主張“停戰議和”，而霽雲、劉偉、范浦江等人積極主戰。在此情況下，郭松齡仍決定和奉軍決一死戰。
24日拂曉，郭松齡“親立陣頭督師”。然而，令郭松齡沒有料到的是，他的兵也是張學良的兵，張學良用飛機撒下的傳單“老張家人不打老張家”極大地渙散了郭的軍心，士兵開始紛紛投誠。給郭致命一擊的是，鄒作華“突然將所部炮兵旅撤回，並停止前線子彈供應，郭軍遂大潰”。
日軍參戰
15日，日本內閣決定：從其本土和朝鮮調動大批日軍到滿洲，增援張作霖。同日發表第二號警告，嚴禁對南滿鐵路兩側以及離鐵路20華里以內有直接戰鬥行為，並禁止對附屬地治安有紊亂之虞的軍事行動，否則一概繳械。18日，關東軍司令官移駐奉天省城，坐鎮指揮日軍。
19日，增派滿洲援張日軍全部抵奉，總司令為齋藤義夫少將。日軍代張守衛奉天省城，張之衛隊急速開前線作戰。同時，日兵又喬裝張軍，向郭軍左翼側擊，日本的士兵和大炮加入奉軍防線。22日，郭軍與奉軍在巨流河展開激戰。日軍一方面以80架飛機，用重型炸彈轟炸新民一帶，配合奉軍正面戰場，一方面借“南滿附屬地不得乾犯”為由阻止郭軍前進；同時以喬裝奉軍從左側壓迫郭軍，並掩護吳俊升部騎兵抄襲白旗堡郭軍後方。
郭松齡反奉事件使日本獲得機會。本來他們不無助郭反奉之心，但郭松齡明確警告日本不要干涉中國內政，終使日本繼續支持張作霖。在關鍵的巨流河之戰中，日本炮手就起了很大的作用。而當時關東軍開入奉天一帶的兵力已達4萬人，將日旗遍插各處，勒令郭軍不得通過，遂使郭軍走入死胡同。在郭軍咄咄逼人時，日本即向張作霖提出簽訂密約，作為出兵襄助的條件，密約包括五條：
一、日本臣民在東三省和東部內蒙古，均享有商租權，即與當地居民一樣有居住和經營工商業權利；
二、間島地區行政權的移讓；
三、吉敦鐵路的延長，並與圖們以東的朝鮮鐵路接軌和聯運；
四、洮昌道所屬各縣均準許日本開設領事館；
五、以上四項的詳細實施辦法，另由日中外交機關共同協商決定。
當時的張作霖正慌不擇路，馬上一口應允。但是這個條約是不成文的，而且有“另外協商決定”的約定，故張作霖事後即予反悔。（總算張作霖沒賣成國）這為日後日本製造皇姑屯事件炸死東北王埋下了伏筆。
兵敗身死
郭軍三面受敵，23日戰敗。
郭松齡夫婦兵敗被處決郭松齡見大勢已去，於是在1925年12月24日晨攜夫人韓淑秀及幕僚數人以及200多名衛隊出走。臨行前，郭委託霽雲軍長收容餘部，向溝幫子、錦州方向轉移。
在巨流河戰役中，奉軍在防守配備上，張學良與韓麟春曾有不同意見。韓麟春主張加強側翼防禦，以防郭松齡偷襲。張學良深知郭松齡其人，堅持認為:“郭茂宸是個寧折不彎的人，他一定哪硬往哪打，我們只要把正面工事做好，頂住郭軍的進攻，再加上宣傳攻勢就一定可以取得勝利”。果不出所料，張學良的有針對性部署和攻心戰術打敗了老師郭松齡。
鄒作華見郭松齡已走，下令各軍停止進攻，發急電給張作霖，報告郭出走情形。同時又給張學良打電話報告:“茂宸已出走，部下已放下武器。現在已控制一切，請軍團長放心。”至此，郭松齡反奉歷經一個多月以失敗而告終。
郭松齡夫婦棄軍潛逃營口，在新民被捕。同日，張作霖下令將郭氏夫婦就地槍決。
