云鹗免职，吴佩孚亲临前线指挥。
七月，“直、奉联军”重新部署兵力后，分三路再次攻打南口。
中路是张宗昌的“直、鲁联军”，经昌平、沙河正面攻打南口；右翼是张学良的“奉军”第三方面军，经永宁、延庆，从南口的背面直下；左翼是吴佩孚的“直军”，经门头沟、怀来、涞源、蔚县进军；如此三路夹击，必欲攻下南口。
而此时，因“国民军”西路司令宋哲元率部西往去对付“晋军”了，驻守多伦的兵力空虚；于是，“奉军”第五军军长吴俊升趁机袭取了多伦，并进而攻占沽源直下张家口；如此，“国民军”的北面防线被突破。
宋哲元虽攻占了大同，在西线取得了暂时的胜利；然而，当多伦被“奉军”攻取后，军心即被撼动；不久，“直、奉联军”再次攻打南口，“晋军”也开始反攻，并一举攻占了广灵。
宋哲元拼力抵住，才勉强守住大同，使“国民军”的西线退路没被断绝。
而此时，坚守在南口的“国民军”已遭“直、奉联军”三面围攻；虽然，“国民军”进行了顽强拼搏，凭着坚固的防御工事又苦守了一期。
但是，毕竟兵力相差悬殊；且几个月下来，“国民军”给养接济甚是困难，几已饷械无补；加之士兵大量伤亡，军力损耗甚重，且又无援兵可求，处境已是十分危险。
好在，进入甘肃的刘郁芬，此时已派遣其部将“国民一军”第二师师长孙良诚、“国民一军”第二师第三十六旅旅长吉鸿昌、“国民一军”骑兵第二旅旅长郑大章等人，一举击溃了甘肃督军兼“甘军”第一师师长陆洪涛所部；从而，攻占了兰州，并进而取得了甘肃全省。
刘郁芬取得甘肃后，使苦战于南口的“国民军”有了退路；于是，“国民”决定趁着西线退路未断之前，向西突围退却。
于是，八月十五日，“国民军”撤出南口，西行退往绥远与甘肃等地；接着，宋哲元也撤离大同，随同退却。
就这样，历时四个月的“南口大战”结束。
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