北軍爲掩護部隊後撤，以一部兵力扼守要地黃土嶺。
四月二十五日，湘粵軍與扼守黃土嶺之敵展開激戰。趙恆惕命劉建藩部攻敵左翼，湘軍第一師第二旅和馬濟粵軍一部攻敵右翼。
同時，逼近醴陵的第一師第一旅也舉旗南下，回擊黃土嶺。
二十七日，湘粵軍發起總攻，據守黃土嶺之張宗昌第六旅及李傳業安武軍拼死抵抗。趙恆惕親臨督戰，指揮湘軍從正面連續突擊。
北軍終於不支，遂放棄黃土嶺，分別逃向萍鄉、瀏陽和株洲。
湘軍乘勢猛追，連克醴陵、株洲，前鋒距長沙省城僅數十里。
經此一戰，北軍左路軍幾乎全軍覆沒，施從濱師僅剩七百餘人，張宗昌混成旅僅剩兩營，李傳業安武軍也死傷過半，損失槍炮子彈不計其數。
張懷芝隻身逃回漢口，向攻湘軍總司令曹錕訴說因張敬堯不出兵救援，致遭失敗，爲自己開脫。
湘軍反擊獲勝後，劉建藩率部直撲株洲。在龍頭鋪遭北軍伏擊，指揮隊伍登山作戰，過徐家橋時，人擁橋斷，劉建藩不幸墜河殉難，時年三十一歲。
護法軍政.府爲紀念他的功勳，追贈他爲陸軍中將，後國葬於長沙嶽麓山，墓門題有四個大字一一護國元勳。
張敬堯聞左翼兵敗，一面急調進攻寶慶之田樹勳旅退保長沙，一面令正在寧鄉“清鄉”的李奎元第十一師和奉軍一部前往株洲阻擊湘軍。同時，令已於四月二十一日攻佔衡陽的吳佩孚部向江東攻擊，威脅湘東護法軍之後路。
這時，湘軍因遽失勇將，又有腹背受敵之虞，趙恆惕遂下令放棄株洲、醴陵，留李仲麟部在茶陵擔任警戒，主力撤往酃縣和永興。
北軍乘勢逼進，田樹勳旅再次攻陷寶慶，吳佩孚部連陷安仁、攸縣及耒陽。至此，湖南大部又爲北軍所佔。護法聯軍全部退守湘桂邊界地區。
湘東反擊戰是護法戰爭中一次最出色的作戰。湘軍將領在嶽陽失守，桂軍南撤，北軍氣勢逼人的情況下，不畏強敵。決心聯合粵軍，堅持實行反擊作戰，並能冷靜地分析敵情，決定集中兵力，打敵比較薄弱之一路，這一決策無疑是正確的。
此外，在戰法上，汲取了前次作戰失利的教訓，由單純防禦改爲主動進攻。在統一指揮下，對正在運動之敵實施多路突擊，攻其不備，出奇制勝。首戰獲捷後，又乘勝追擊，不給敵人以喘息時機，從而取得了殲敵萬人的重大勝利，其戰鬥精神和指揮藝術都是值得肯定的。
張懷芝很可笑，在湘東大敗後，他便張皇失措地由萍鄉退往樟樹鎮，又由樟樹鎮退到漢口。他宣稱舊病復發，又稱山東地方土匪猖獗，必需趕回去。他打電報給段，保舉徐樹錚率領奉軍接防湘東，出任第二路司令。徐樹錚志不在前線，堅決不就。他又保舉張敬堯或是陳光遠，甚至由曹錕一人身兼一二兩路司令。
他的求去有兩個原因，第一是在前線打仗沒有把握，第二是怕他的老窠被別人搶去。因爲他離開山東後，便由第五師師長張樹元護理山東督軍。北洋系的慣例是護理就能扶正，張樹元自然不願意張懷芝再回任。
本想通過徵湘給自己賺些資本，沒想到仗打得不好，損兵折將，弄不好得不償失，把老本賠掉。張懷芝此刻是身在前線心在山東，恨不得立刻插翅回魯。
段祺瑞覺得在這個時候前線易帥很沒有面子，同時也找不出適當的人來接替第二路司令。
段當然知道張懷芝急於回魯的想法，便以國務院名義給出一個鄭重承諾：“魯督決不易人”。同時保證如果第二路兵力不敷時，可以繼續派兵增援，要求張立即由漢口前往江西主持軍事。
湘東反擊戰的勝利對湖南的整個戰局意義重大。自從湘東一戰之後，北軍不敢深入，南軍也不敢反攻，湖南戰場上突然由熱戰相對平靜了下來。
北軍和護法軍在湖南還有一個戰場在湘西。
廣東護法軍政.府成立後，湘西辰沅道尹張學濟即派人赴廣州謁見孫中山，表示願意響應護法。孫中山遂任命張爲湘西護法軍總司令。
張學濟：（1873—1920），字容川，湖南省芷江縣人，少時入鄉學。一九八四年以秀才選拔貢生。光緒二十三年（1897）進士。
時中國在甲午戰爭中敗於日本，清廷政治腐敗，他認識到只有改造國家，才能圖存，遂輟仕途，立志革命。
光緒二十八年（1902年），由熊希齡薦舉東渡日本，入日本陸軍士官學校，學習陸軍。期間結識孫中山，一九零五年加入同盟會。回國後任廣東鹽行局局長，旋在上海組織廣藝書局，做爲秘密革命機關。又在漢口設《大江日報》，參與孫中山領導的革命活動。
武昌起義後，胡瑛任山東都督，他任參謀長兼第一混成旅旅長。
辛亥革命後，任湖南檢察使，後被袁世凱解職。
參加“二次革命”，失敗後湯薌銘督湘，大捕黨人，張被迫走兩廣、雲貴，繼續進行反袁活動。
蔡鍔在雲南通電討袁，組成護國軍，張學濟受蔡派遣，返回湘西，組織力量討袁驅湯（湯薌銘）。在乾城（今吉首市）宣佈獨立，成立湖南臨時軍政.府，任護國軍湘西總司令兼辰沅道尹。隨後，進駐沅陵，收編散兵遊勇，整頓地方治安。
同年譚延闓二次督湘，任命他爲湖南辰沅道道尹，兼守備司令。
一九一七年十月下旬，張學濟和湘西鎮守使田應詔、鎮守副使兼第五守備區司令周則範、第二師第三旅旅長陳嘉佑，在沅陵、洪江、常德等地相繼宣佈獨立。
張學濟推舊友胡瑛爲護法軍湘西招撫使，永綏鎮總兵謝重光爲護法軍副總司令。湘西護法軍共有一萬一千餘人。
張學濟響應護法後，率本部東進桃源。不久，應湖北石星川籲請，率部援鄂，隨荊沙靖國軍退往鄂西。
護法聯軍在嶽州戰敗，大軍南撤，湘西護法軍便受到嚴重威脅。這時，據守常德一線的湘西護法軍有田應詔、胡瑛所部共六千餘人，周則範部約三千餘人。
段祺瑞令原第十七師師長陳復初，在湖北長陽招撫舊部，恢復該師建制。然後會合原湖南第四守備區司令王正雅所部，進攻湘西。
四月二日，陳復初率十三個營約六千餘人由沙市出發，經漁洋關進窺湘西。
湘西護法軍急電唐繼堯、劉顯世，請求滇、黔軍赴湘救援。唐、劉以湘西系滇、黔門戶，不能見危不救，遂派黔軍第一混成旅旅長盧燾和遊擊司令王華裔分別率部開赴辰州（今沅陵）、洪江，支援湘西護法軍。
四月二十三日，北軍陳復初與王正雅率部從臨澧出發，經朱日橋進攻常德；並電請張敬堯令李奎元第十一師分由益陽、寧鄉進逼漢壽，“俾壯聲援”，請吳光新旅一部進駐公安及津市、澧縣一帶，相機策應。
四月二十五日晨，北軍陳、王部在八里鋪與湘西護法軍接戰，田應詔、周則範率部且戰且退，扼守鰲山。下午三時，北軍夾擊鰲山，護法軍不支，棄鰲山後撤。
田、周兩軍在鰲山失利後，擬與北軍妥協，電邀張敬堯派人到常德談判，表示護法軍移駐桃源，將常德讓給北軍。
這時，已進至麻陽、辰州一帶的援湘黔軍聞田、周有妥協撤退之意，急在辰龍關至興隆街一線展開，準備防堵。並警告田、周，如“遇有後撤者，必將迎頭痛擊”。田、周只好繼續對北軍作戰。
五月四日，田應詔、周則範派人持函赴陳復初師司令部，詭稱護法軍將按前約移駐桃源，歡迎陳復初軍入駐常德。
陳見函不疑，率軍入常德城。及至城內，突然伏兵四起。田、周則率部從外面包圍該城，實行內外夾攻。北軍突遭攻擊，軍心大亂。
陳復初率部左衝右殺，奪路而逃，後隻身逃往長沙。陳部朱澤黃旅退保津市。田、周聯合林德軒、胡瑛等部，乘勝追擊，於六日克復臨澧。
五月十五日，田應詔、周則範致電馮國璋，主動要求“休兵息戰”，劃地自守。
此時，抵達津市的第十六混成旅旅長馮玉祥，也致函田、周，希望湘西各軍停止進攻，讓出常德、桃源，作爲南北兩軍緩衝之地。
湘西軍隊已無心再戰，同意與馮妥協。五月下旬，田、周率部撤出臨澧、常德。馮玉祥旅進入常、澧後，也不再向南進攻。李奎元十一師則於六月中旬乘機佔領了益陽、漢壽。
北軍在第二次攻湘作戰中，共投入兵力約十萬人，並起用吳佩孚爲主戰場指揮，取得了明顯戰果。儘管北軍付出了巨大的代價，但終於佔領了湘省大部地區，基本上實現了預定計劃。
護法聯軍之所以遭到失敗，一是由於戰前頓兵乞和，內部矛盾加劇，部隊士氣下降；二是缺乏戰略協同，先是不與湖北靖國軍配合作戰，後又不與湘西護法軍密切協同；三是在嶽陽、平江防禦戰中，實行單純防禦。後來雖然取得了湘東反擊戰和湘西伏擊戰的局部勝利，但未能從根本上扭轉頹勢，不得不退守湘桂邊界地區。
幸好北軍主將吳佩孚在攻佔衡陽後，以部隊久戰力疲爲藉口，頓兵不前。並在耒陽與湘軍師長趙恆惕秘密談判，約定從六月十五日起，雙方於寶慶至茶陵一線停止交火，才使護法聯軍有了喘息的機會。
吳佩孚的自動停戰，打亂了段祺瑞的進攻部署，加劇了直皖系間的矛盾。
漢口軍事會議結束後，曹錕、張懷芝、倪嗣沖於四月二十六日聯合電請政.府迅速召集新國會。
北京國務院於五月四日通電，否認要以臨時參議院代行國會的一切職權。這顯然是想讓南方的護法，失去正當性。
段在南巡期間，全國掀起了反對中日密約的浪潮。
原來段在任參戰督辦時，以參戰爲名和日本洽商借款，名義上是編練參戰軍，實際是拿日本借款進行個人建軍工作，並以一部分作爲徵南戰費和籌備新國會之用。這些交涉不要說馮國璋不知道，連北京外交部也不知道。
一戰以前，帝國主義的秘密外交使中國受害甚深。一戰期間，日本出兵山東並對華提出“二十一條”要求，雙方交涉後，於一九一五年五月秘密簽訂“民四條約”，日本取得戰後繼承德國在山東權益的法律依據。
袁世凱帝制失敗身亡後，日本對華大舉借款，獲得諸多經濟利益。這期間中日訂立的條約、合同及換文等，尤其是與山東問題有關各件，由於未經國會批准也未公佈，中國一般稱爲“中日密約”。對於國人來說，談及“中日密約”是很敏感的。
“中日密約”問題與當時國際政治及國內派系鬥爭牽連糾纏，許多外交機密及幕後糾葛鮮爲人知，當時報章宣傳或捕風捉影，或有心扭曲遮掩，把問題搞得更加複雜。