而後的護國運動風起雲湧，使袁世凱稱帝步伐受阻。在位僅83天，便被迫宣布取消帝製，旋而一命嗚呼。群雄失駕，北洋軍閥裂變為直、皖、奉三大派係，各自為政。直係重要代表人物曹錕雖然熱衷於支持袁世凱帝製複辟，但得益於吳佩孚之計，且又手握重兵，因此故，反袁稱帝而實際控製北洋政府的皖係首腦段祺瑞，對其仍然看重，將其提升為直隸督軍，駐防保定。
在吳佩孚建議及積極協助下，曹錕加強第三師軍事訓練，大規模擴軍為五個混成旅。1917年7月，張勳複辟，段祺瑞組織“討逆軍”，曹錕被任命為西路總司令，吳佩孚為先鋒。吳率精銳之師對豐台、天壇等處“辮子軍”發起進攻，大獲全勝。曹錕因此一役而兼直隸省長。吳佩孚更深得曹錕的信賴，曹錕對吳是言聽計從。
袁世凱倒台後，恢複了共和體製，直係一號人物馮國璋出任代理總統，段祺瑞重任總理職務。由於北洋政府拒不執行《臨時約法》和召開國會，孫中山在廣東成立了護法軍政府，在南方部分軍閥的支持下，組成湘桂聯軍，準備北伐。段祺瑞部署東西兩路南下鎮壓。
1918年2月，西路統帥曹錕令吳佩孚以代理第三師師長身份任前敵總指揮。吳佩孚連克嶽州、長沙、衡陽等湘中重鎮，被稱為“常勝將軍”。此戰後，雖是攻湘首功的吳佩孚，隻得了“援粵軍副總司令”的虛銜，落得一個“直係打仗，皖係做官”的境地。吳佩孚十分氣憤，同年6月，在攻下通向西南的門戶——衡陽後，便按兵不動。第三師全體罷戰。
為了拉攏吳佩孚繼續賣命，情急之下的段祺瑞，任命曹錕為四川、廣東、湖南、江西四省經略使，以至成為民國以來最大的地方官，要求曹錕督軍南下；又封吳佩孚與督軍官階相等的“孚威將軍”。但曹錕、吳佩孚並不領情。考慮到“久戍於外，直隸根本之地未免空虛，倘有疏虞，便無退步”，曹錕即率兵北歸保定。
8月2日，吳佩孚在湖南衡陽，發表了一篇舉國為之喝彩的通電，呼籲南北罷戰主和：“以有限之兵力，從事內爭，置外患於不顧，是對敵國寧可屈服，對國人毫無遷就，重輕倒置。”此電發出後，吳佩孚公開提出了“文官不貪汙賣國，武將不爭奪地盤”的口號，他自己則向世人宣誓“不做督軍、不住租界、不結交外國人、不舉外債”的四大自律，以約束自己、警告別人，並終身奉行不渝。
吳佩孚的衡陽“罷戰”，使此前一直暗鬥著的直、皖兩派轉為公開。迫於形勢，段祺瑞以退為進，願與馮國璋一起下台，北洋元老徐世昌，被推選為中華民國第五任大總統。但北京政府的實權仍掌握在參戰督辦段祺瑞手中。以此為轉折點，曹錕、吳佩孚替代馮國璋，逐漸成為直係實力人物。直係勢力崛起且發展迅猛，最終得以主導北洋政府。
湘省一戰，吳佩孚由主戰變成了主和，此驚人之舉讓吳佩孚脫穎而出；而後，其聲望遠遠超過他的老上司曹錕，成為北洋軍閥的中心人物。