張鎮芳、雷震春二人見時局不穩，便放棄度支、陸軍兩部尚書之職，出京逃生，剛到豐台就被討逆軍截住。當下由馮代總統下令，剝去張鎮芳、雷震春的官職以及之前所授勳位勳章，交法庭依法嚴懲。此時，像康有為、萬繩栻之類的文人都已背叛張勳，隻有張勳一人不肯下台，獨自在天壇督兵，決定戰到最後。七月十二日，討逆軍分三路進攻，直入城中，旅長馮玉祥、吳佩孚、張紀祥攻擊天壇。張勳軍雖然負隅頑抗，畢竟寡不敵眾，再加上彈藥不足，根本無力抵抗。自午前開戰，兩邊槍聲陸續不絕。到了午後，討逆軍勇氣未衰，張勳軍已彈盡糧絕。張勳自知不妙，騎馬逃入城中，部將失去主帥，除投降外別無良策，隻好豎起白旗。
張勳的私宅在南河沿，張勳的妻子本來就不讚成複辟，之前曾痛罵萬繩栻道：“你無故興風作浪，將來我張氏子孫無處安身，都是你一人闖的禍！”萬繩栻置若罔聞。張勳蓄誌多年，平時就與正室不和，自然不聽勸告。此次張勳兵敗，妻子恨不得將張勳大罵一頓，以出胸中惡氣。但見張勳如此狼狽，也不好火上澆油，隻問張勳如何保身、如何保家。張勳也不回答她，而是招集家中衛士和留京守卒五百多人，又出去占住中央公園，還想一戰。討逆軍一攻而入，即使五百人銅頭鐵臂，也抵擋不住如此攻勢。討逆軍旅長王承斌又在南河沿附近擺上機關炮，對準張勳私宅一陣轟擊。張勳家眷嚇得魂不附體，慌忙往外逃。張勳顧家心切，從中央公園回來，急忙帶著妻子乘摩托車馳往東交民巷，奔向荷蘭使館。
南河沿張勳的私宅被炮火焚毀，張勳軍全部投降。七月十二日傍晚，討逆軍收複京城，當即致電天津，向段祺瑞告捷。段祺瑞正打算乘車入都，徐世昌到訪。徐世昌悄悄地段對祺瑞說道：“此次複辟，非清室本心，請勿借此加罪清室。張勳雖為禍首，但是一介莽夫，須念同袍舊誼。窮寇莫追，請君注意！”段祺瑞答道：“優待清室條件，理應盡力保存，即使沒有公這番話，我也不忍加害。”