這個懲辦曹錕、吳佩孚的命令，不啻是皖係對直係的宣戰書，直係當然不能不應戰。在此命令發表前，駐河南的吳佩孚軍已經向北開拔，其前鋒已達高碑店一帶。曹錕的軍隊也由保定開赴高碑店，準備應戰。懲辦曹、吳的命令發表之後，保定方麵更是激憤。7月9日，曹錕在天津舉行了誓師典禮，將所部命名為“討逆軍”，設大本營於天津，設司令部於高碑店，派吳佩孚為前敵總司令兼西路總指揮，曹钅英為東路總指揮，另派第一混成旅旅長王承斌駐鄭州為後路總指揮。
當直、皖兩派厲兵秣馬，準備火並之時，作為直、皖之外的一支獨立力量，張作霖及奉係的態度不但備受直、皖兩方的關注，也為全國各界所注目。在直、皖最初的爭論中，張作霖曾標榜中立，以“和事佬”麵目出現。盡管張作霖的“中立”和“調停”實際上有所偏向，但他畢竟沒有公開宣布助直反皖。調停失敗，張作霖離京後，表麵上雖宣稱繼續中立，但助直反皖的立場卻日趨明顯。7月8日，張作霖在軍糧城下車後，隨即趕到天津，與曹錕、吳佩孚等人舉行了緊急會議。曹錕在會上表示擔憂，認為戰事一開，直隸首當其衝，如不能獲全勝，徐世昌勢必“受段之要挾，乘風轉船，加以叛亂的罪名，則直隸危矣”。但吳佩孚卻信心十足，認為取勝沒有問題。他分析了直、皖雙方的形勢和力量對比，指出：“就實際上論，段派所恃者僅邊防軍，該軍成軍以來，未經戰陣，經驗缺乏，且聞所用軍官多係學生，頗有思想，決不肯效忠奸黨，與同胞為難，一臨戰地，潰散立見。”吳佩孚還說，僅他所率領的軍隊，就足以擋段祺瑞全部之眾而有餘，“即萬一戰而不勝，我軍搶奪京漢路線，聯合西南，以直隸為前敵，河南為中堅，湘粵為後盾，徐圖進取，更有張巡閱使控製東北，則段派直如甕中之鱉，又何慮哉！”經吳佩孚這麼一說，曹錕有了信心，張作霖也覺得吳佩孚的話有理，表示讚同。從這次會議的情況看，張作霖雖然並沒有明確表示奉係如何動作，但在心裏，他已決定站在曹錕、吳佩孚一邊，與直係共同倒皖。
在張作霖看來，直、皖相拚，正是自己從中漁利的好機會，不能放過；而直、皖雖未開戰，然勝券顯然已為直方所握。張作霖認為自己介入直皖戰爭比不介入有利，助直比助皖對自己更有好處。
正是出於上述考慮，張作霖回到奉天之後，立即召集吉林督軍鮑貴卿、黑龍江督軍孫烈臣、奉軍總司令張景惠及師長吳俊升、張海峰等人開會，作出了出兵關內、助直反皖的軍事部署。張作霖決定，從二十七、二十八師中各抽一旅以保護關內京奉鐵路為名入關，另以巡閱使署衛隊旅一部協同二十八師留奉部隊保護關外京奉路。7月11日，張作霖正式下達了出兵的動員令。
為了師出有名，在下達出兵動員令的當天，張作霖先後給段祺瑞連發了兩份電報，在電報中，他一方麵仍表示尊重段祺瑞，稱“督辦光明磊落，中外敬仰”，另一方麵則斥責徐樹錚之所為。他說：“此次在京，備悉奸人百計害我三省。作霖忍無可忍，誓將親率師旅，鏟除此禍國之障礙，以解吾民之倒懸。”張作霖所說的奸人就是徐樹錚。徐樹錚為了拆張作霖的台，曾派人帶巨款潛出關外，收買土匪，企圖擾亂東三省的治安。但所派之人一到東北，很快就被張作霖的部下捕獲。張作霖為此大為惱火，故他在給段祺瑞的電報中亦直言不諱地說：“不久前，奉天捕獲姚步瀛等行跡可疑分子十三人，彼等攜帶十二萬元活動費由北京來奉天，據供認旨在圖謀於土匪中間活動鬧事。蓋此事並非督辦之本意，必是左右小人唆使而為者。餘今率兵陸續進京，目的在清除督辦左右之小人，至於督辦乃餘平素最尊敬之人，不敢有犯侵之意。”
盡管張作霖采用的仍是“清君側”的策略，但其助直反皖的弦外之音不言自明。到了此時，段祺瑞已清楚意識到張作霖已放棄“中立”。他一度有所後悔，曾敦請徐世昌於7月14日下了一道停戰令，要求“所有各路軍隊均應恪遵命令，一律退駐原防，戮力同心，共維大局”。然而，一切為時太晚。直、皖雙方均已箭在弦上，不得不發。就在徐世昌頒發停戰令的當天，戰爭打響了。
直皖戰爭期間，雙方直接參戰的兵力均在五六萬左右。皖係出動的軍隊主要為邊防軍第一師曲同豐所部1.1萬人，邊防軍第三師陳文運所部1.1萬人，陸軍第九師魏宗瀚所部8千人，陸軍第十三師李進才所部8000人，第十五師劉詢所部8000人，西北軍第二混成旅宋子揚所部8000人，邊防軍訓練處學生隊約3000人，共約5.7千人。直係動員的軍隊則有吳佩孚所部第三師1.1萬人和第二、三混成旅1.6萬人，一個補充旅6000人，曹錕衛隊3000人，直隸警備隊26個營約1.3萬人，曹钅英的第四混成旅8000人，總共也是5.7萬人。從數量上看，直、皖的兵力不相上下，但若加上奉係入關的部隊，直方就占很大優勢了。