吳佩孚聽見殺聲震天，遂出來看看，不想北伐軍一顆炮彈正中“吳”字帥旗上。吳佩孚也是迷信之人，就覺得似乎是一個凶兆，又回到指揮車內。此時此刻，槍炮聲響成一片，有幾發炮彈還打中了吳佩孚的指揮車，他急令開車，率領殘兵敗將逃往武漢，以圖固守鄂省最後的門戶。
經過一天血戰的賀勝橋，到處是鮮血和屍體，橋下河水，漂浮著雙方的兵士，夕陽的殘照，打在水麵上，泛著各種顏色，然而那最醒目的，卻是鮮紅的血。硝煙還沒有散盡，橋上橋下，彌漫著焦糊味，被炮火擊中的橋身，有些歪歪扭扭，鐵軌上的枕木還在燃燒。北伐軍的預備隊，跑來跑去打掃戰場，亦有些士兵和軍官們正在撲救火焰，以確保橋體的安全，為後續部隊掃清障礙。
北伐軍在賀勝橋大敗吳佩孚守軍後，追兵隻在三十日夜間稍事休整，翌日拂曉以急行軍的速度向武漢開進。黃昏後，第四軍、第七軍前鋒部隊抵達武昌城下。武漢盡在眼底，各先頭部隊做好了攻城前的準備。
湖北重鎮武漢，乃是武昌、漢口、漢陽的總稱，武昌位於長江南岸，漢口位於長江北岸，漢陽位於漢水和長江的彙口兩岸。武昌為湖北省政治中心，成為武漢三鎮之首，城牆堅固，周圍約達六十華裏，城牆高兩丈有餘，而且城外護城壕塹深達三米，有大小城門九座。武昌城內更有蛇山橫貫其間，居城可以俯瞰三鎮全貌。城北靠近長江，東有沙湖，南有洪山，西有南湖，城郊地勢平坦，此是華中地區的樞紐，地勢險要，易守難攻，為曆代兵家必爭之地。
吳佩孚接二連三吃敗仗，隻身躲進武昌，以圖死守，等待援軍的到來。他這次南下，一敗平江，再折汀泗橋，三敗賀勝橋，三戰皆敗，丟盡大將軍的臉麵，故而不想在武昌再敗。吳佩孚退守武昌後，命靳雲鶚為“討逆聯軍副總司令”兼武漢警備總司令，布置防守。命陳嘉謨和第八師師長劉玉春固守武昌；並將暫編第二師劉佐龍守漢陽，高汝桐守漢口，形成鼎足之勢，以拒北伐軍入武漢。吳佩孚在鄂中的幾次失敗，使他再也不敢小視北伐軍，深知如果不拉上孫傳芳的話，武漢也是危在旦夕。
吳佩孚幾次派代表前往孫傳芳部，都沒有得到肯定的回答。還在北伐軍搶渡汨羅江時，吳佩孚就曾一日數電，促請孫傳芳率兵入湘、鄂，以便夾擊北軍。當時孫傳芳暗中與國民政府通款，根本不把吳佩孚的請求放在眼裏。現在的吳佩孚，為解被困之圍，拉下老臉，顧不得直係大頭領的身價，百般陳述北伐軍若占了武漢，對東南五省將是最大的威脅。孫傳芳自恃虎踞長江下遊多年，有錢有糧，根本不把這位直係老大哥的忠告放在心上，為自身的利益，便婉言謝絕吳的請求。
吳佩孚困守武昌城，對靳雲鶚說：“馨遠(孫傳芳)坐視不救，實際上也是把自己的地盤交給了廣東逆賊。我武漢失守，也是他東南五省之壽終正寢的日子。他以為是我在向他求救，真是鼠目寸光。”
靳雲鶚，乃靳雲鵬之胞弟，字薦卿，山東濟寧人，是直係一員重臣，他說：“孫傳芳是奸雄之徒，子玉將軍自稱討逆聯軍司令，他自封為東南五省聯帥，將軍高喊武力統一，馨遠在南京主張聯省自治。走到今天這步，武昌方麵還把希望寄托在孫馨遠身上，其結果肯定會讓人失望。”
吳佩孚有些不悅說：“這隻能說馨遠沒有遠慮。他不可能看著南軍打下武昌。這一點我還是相信的。直軍連連敗北，馨遠若沒有唇亡齒寒之感，他也枉為五省聯帥了。”
吳佩孚的分析是準確的，就在北伐軍攻入武昌門下，孫傳芳不敢坐視了，他撕開中立的麵孔，決定對北伐軍宣戰。孫傳芳首先主動調整了與奉係的關係，集中東南五省十萬人的兵力，分為六個方麵軍，以對付北伐軍。
孫傳芳蠢蠢欲動，使北伐軍就得加快清剿吳佩孚的部隊。
西路軍前敵總指揮要搶在孫傳芳大軍沒有集結完畢時，盡快攻下武昌，打破吳佩孚在武昌城內固守待援的計劃。9月1日，第四軍十師為前衛，得到攻擊命令後，沿鐵路線追進。時值大雨，天氣漸入秋涼，可北伐軍借著旺盛的鬥誌，挺進武昌城，當先頭部隊望見城門尚未關閉，部隊一個營迅即衝了過去，由於泥水路滑，前進速度緩慢。
守軍發現北伐軍後，立即關上城門。第十師的先頭部隊攻到城門下，陳銘樞命令第二十九團退回附近村子，搜集爬城工具。當地老鄉紛紛主動把家裏的各種梯子送給北伐軍。這時，第七軍大部隊也趕到，一聲令下，北伐勇士們開始攻城，但由於梯子太短，且城門又高又厚，城下又有深深壕塹，敵人居高臨下，用機槍瘋狂掃射，一個營的兵力，損失大半。
李宗仁用望遠鏡看到，北伐軍即使爬上城牆，仍然無法登城，他見敵人做好準備，輕重武器，傾瀉而下，攻城官兵前有城垣，後有壕塹，傷亡慘重，遂下令退回防地。
這時，第四軍的大部也已經趕到。劉峙的總預備隊和第一軍第二師的援兵來到武昌城下。李宗仁想速戰速決，找到第四軍副軍長陳可鈺，準備在天黑時，進行第二次攻城。
經過研究，李宗仁說：“第二次部署為第七軍胡宗鐸部任中和門、保安門、望山門的攻擊，右側與第四軍聯係，左側警戒長江江麵。第四軍擔任忠孝門、賓陽門、通湘門的攻擊任務，左側與第七軍聯係，右側警戒沙湖方麵。第一軍劉峙部由洪山、徐家棚向武勝門前進，並接替第四軍忠孝門的防地。”陳可鈺又補充，要炮兵占領洪山陣地，當步兵爬城時，轟擊城上守軍，以最大限度減少官兵的傷亡。
第四軍二十九團的官兵們，購集大量毛竹竿。這些毛竹竿每枝長約兩丈，重百餘斤，兩根接起，紮成三四丈長的竹梯。攻城時，北伐軍組成奮勇隊，每十二人為一組，負責架雲梯。
第二次攻打武昌的戰鬥打響了，炮兵以最大限度壓下城門樓下敵人的火力，轟擊敵守軍，在炮火的掩護下，奮勇隊攜竹梯附城而上，不料敵人似乎預想到北伐軍的攻擊戰術，從側翼的楚望台、蛇山、龜山所部署的火力點，向登城士兵猛烈轟擊。奮勇隊大部分喪生在敵人炮火之下，那些還沒架牢的竹梯也被炮火炸飛。
李宗仁在前沿指揮部，心急如焚，可一時又想不出什麼好辦法。這時，傳來北伐軍在下遊攻占鄂城，第八軍自嘉魚渡江後，也近逼漢口、漢陽，駐漢口的鄂軍第二師師長劉佐龍正悄悄與革命軍暗通曲款，有投誠的打算。李宗仁再一次在前線陣地上召開緊急會議，他認為武昌城高水深，不宜硬攻，最好的辦法是把敵守軍團團圍住，不讓糧草進入城內，日久必發生內變。
李宗仁說：“漢口和漢陽也在我們的掌握之中，東路軍可以切斷孫傳芳的援兵，利用大批傷亡來打攻堅戰，我看不如坐困敵人更為有效。”
會後，李宗仁遂下令停止攻擊。
就在李宗仁對武昌城久攻不下，士兵大批傷亡，另想對策時，由獨立團組成的奮勇隊已衝到城門前沿。奮勇隊隊長就是驍勇善戰的獨立團第一營營長曹淵，他字溥泉，是獨立團靈魂人物之一。第二次攻打武昌城的命令下達後，曹淵率自己的小組，一馬當先，衝進武昌城門前沿，由於敵人火力太猛，將其壓在陣地上。
一個奮勇隊成員爬到曹淵前，對他說：“營長，這個包你替我保存，裏邊有一封信和衣物，還有八塊錢，要是我死了，請你幫助交給我媽媽。”
曹淵說：“莫說這種喪氣話，我們必將看到自由中國的誕生。再說，我身為奮勇隊隊長，理應衝在前麵，說起來，我比你犧牲的機會更大些。這包我不能管。”
曹淵言畢，見到戰士表情悲傷，心想這也是戰士最後的心願，作為指揮官，還是該想辦法滿足他，一回頭，見營部政治主任周廷恩也加入到奮勇隊行列，便不悅說：“周委員，你怎麼能到這裏來。正好，你就把戰士的物品保管起來好了，真要是犧牲了，也算是對家人有個交代。”
周廷恩說：“不行，我還要參加戰鬥，不能保管。”
曹淵說：“你是文職軍官，在戰場上應該我說了算。這件事就這樣定下來，你不能衝鋒。”
周廷恩隻好含淚答應。這時，官兵們紛紛留書，以示攻城的決心。
當命令下達後，曹淵第一個衝出去，但很快又被敵人火力打退下來，他見敵炮火激烈，攻城無望，便讓周廷恩撤出陣地，給葉挺團長手書一封，以求指示，書中說：“團長，天已拂曉，攻城無望，我營傷亡將盡，現存十人，但革命軍人有進無退，如何處理，請指示。曹淵。”話說曹淵剛剛寫完最後一個字，一個流彈飛來，正中頭部，壯士當場犧牲，那書中曹淵的“淵”字，其最後一筆，拖有三、四寸之長。周廷恩抱住烈士的遺體，欲哭無淚，兩眼怒火。