江浙战事发动时，冯玉祥曾请命援江苏，意在向东南谋取地盘，但吴佩孚欲为孙传芳留地盘，未允其请。直奉大战开始后，吴佩孚没有把冯玉祥的军队放到山海关的正面战场，而放在热河，意在不让冯染指东北富庶之地。分配饷械时，吴对冯部又异常刻啬。诸如此类，更加激发冯对吴的愤恨，最终促成冯下定倒戈反叛曹吴的决心。
正当直奉激战难分胜负之际，冯玉祥于10月23日率部回京，发动政变，迫使总统曹锟下令停战、撤销讨逆军总司令等职、免去吴佩孚本兼各职。冯玉祥倒戈这一突发性事件，彻底打乱了吴佩孚的军事部署。吴佩孚只好一面分兵防御关外奉军，一面率部回救北京。冯玉祥则与胡景翼、孙岳等组织“国民军”，准备迎战。获悉冯玉祥倒戈的消息后，奉军乘势大举进攻。吴佩孚腹背受敌，兵败如山倒。11月3日，吴佩孚率领残部，由大沽浮海南下。历时50余日的第二次直奉战争以直军溃败而告终。曹锟、吴佩孚所控制的直系中央亦随之倾倒。
冯玉祥的倒戈，是第二次直奉战争的一个重要转折点。在冯倒戈之前，直奉两军难分胜负，基本上处于僵持局面。倘若没有冯玉祥的突然倒戈，吴佩孚未必没有获胜的可能。如此，直系或能统一中国，中国近代史的后半部则可能因此而要重写。