巨流河是辽河的旧称，如今这个称呼已经很少有人使用。巨流河一战可以说是奉系军阀由盛转衰的转折点：郭松龄兵败，奉军中唯一的骁将被杀，张作霖的嫡系第三军也遭受重创。更为关键的是，自此以后士官系完全掌握了奉天的军事主导权，而大学系遭到弹压，很多将领被迫离开奉天，使奉军中真正能够带兵打仗的将领更为稀少，人才大量流失。郭松龄对于奉系的价值，一在于他善战，二在于他还精于练兵。待郭松龄一死，剩下的奉军将领中稍微能打一点的只剩一个言过其实的“狗肉将军”张宗昌。
郭松龄坐车去滦州整顿兵马的时候，张学良仍然在北上途中。在到达关外前所车站以后，张学良命令山海关附近的第十九团团长张廷枢即刻布防，但是等他驱车到连山车站时，情况已经逐渐变得混乱。张学良于是直奔葫芦岛，在那里登上了军舰“镇海号”，此时在军舰上已经能够看到一列列经过秦皇岛铁桥往东开去的军列。正是在军舰上，张学良看到了由饶汉祥代笔、郭松龄署名的反奉通电，当时海军有用舰炮攻击郭松龄部军车的打算，但是被张学良制止，张学良说“都是我的部下”。
发出通电之后，郭松龄便赶往滦州，在城外的火柴公司楼上召集所部将领开会，宣布反奉。郭松龄在正式宣布反奉之后，将所部改编为四个军：以刘振东出任第一军军长，下辖步兵第六旅、第二十七旅、第三十七旅，炮兵第三团，工兵第二营；以刘伟出任第二军军长，下辖步兵第二旅、第十九旅、第三十四旅，炮兵第四团，工兵第三营；以范浦江出任第三军军长，下辖步兵第十二旅、第三十三旅、第十四旅、补充团，炮兵第五团，工兵第四营；以霁云出任第四军军长，下辖步兵第四旅、第五旅、第十六旅、骑兵团，炮兵团，工兵第五营。并以邹作华出任参谋长，魏益三出任先遣军司令，彭振国出任车站警备司令。郭松龄整编的四个军最初并没有番号，是在到山海关以后才宣称是东北国民军的。
在军事会议结束之后，郭松龄便派魏益三率领两个团的人马乘火车偷偷出关，奇袭奉天，最好能够在当天午夜就冲入奉天，抓住张作霖。魏益三等人顺利抵达山海关，随后魏益三便派装甲车载着工兵沿路破坏电话线，然后坐等山海关附近的另一团人马。但是让魏益三始料未及的是，在山海关的另一团人马已经遭到了张作相的攻击，损失惨重。原来，张作相得到密报说滦州已经发生兵变，便及时加强了对山海关附近的排查，正好碰上魏益三先遣队的另一个团。
另一边厢，张作霖已经拿到郭松龄倒戈的通电，这让他非常生气。据说，张作霖在拿到郭松龄的通电以后，一度非常愤懑，抽一会儿大烟，便在屋子里骂小六子混蛋。小六子是张学良的乳名，郭松龄当初是张学良推荐给张作霖的。在最初几日，张作霖都不吃不睡，坐卧不宁，精神几乎崩溃。这是张作霖执掌东北以来从未有过的情况，因为他知道郭松龄所率领的第三军是他的嫡系部队，他压箱底的产业都在“郭鬼子”手里了，而郭松龄在奉军中素以“善战”闻名，配上这支精锐之师，未来的局势就变得异常复杂。
24日，张学良终于从秦皇岛回到奉天，张作霖一见到张学良，二话不说就把张学良先大骂一通。随即命令张学良即刻赶往前线，竭尽所能与郭松龄取得联系，劝他息兵。当时最难做的人其实就是张学良，因为郭松龄的通电中，是让张作霖下台、张学良继任，这真是让张学良有苦说不出。但当时奉天几无可调之兵，张学良便带着参谋鲍文樾、好友英国人埃尔顿、日本顾问仪峨诚也少佐以及他的“四大保镖”姜化南等人赶赴前线。
就在张学良赶去见郭松龄的时候，另一位奉军将领姜登选乘专车回奉天，路过滦州。郭松龄闻讯以后，便派人拦截姜登选所坐的火车，将姜登选“请”下车，安置到火柴公司楼下的一个楼梯间。姜登选心说大事不好，夜不能寐写了封信给郭松龄，请求能够见面一叙。卫士奉郭松龄之命开车去接姜登选，在路过一段沙滩路时，声称路不好走，请姜登选下车走几步。结果姜登选刚下车走了两步，就被人自背后开枪打死，然后放入薄木棺材内，弃置于荒郊野外。
在杀死姜登选之后，郭松龄便发出通电，称“将姜登选在滦州枪决，以为穷兵黩武者戒”。郭松龄杀姜登选，同样是大学系与士官系矛盾激化的一个重要佐证，也是郭松龄起兵所犯下的最大错误。
姜登选这个人虽然指挥打仗的能力一般，却极富人格魅力，素有“仗义轻财、不唯荣利”的美誉，在奉军中颇有威信。其实在郭松龄滦州兵变之时，东北局势就变得异常微妙，旧派的军阀自然还跟着张作霖，大学系则支持郭松龄，而士官系的将领则普遍持观望态度。而事情的转折点就是郭松龄杀死姜登选，这让奉军诸将心中一寒，以为姜登选这样的人都难逃一死，所有的中立派便集体倒向支持张作霖，深恐郭松龄记仇，待夺得奉天之后，对之前不予支持的人赶尽杀绝。
滦州兵变以后，奉天城里的气氛格外紧张。杨宇霆在兵变之后即宣布辞职去了大连，张作霖在大帅府花园召集奉天军政人士训话。1925年11月24日，奉天颁布戒严令，张作霖委派宪兵司令陈兴亚为戒严司令，警务处长陈辅升为副司令，命张作相部到山海关、绥中一带抵御郭松龄部的进攻。镇定下来的张作霖又电调各方将领尽快驰援奉天，并且布下三道防线：以山海关为第一道防线，石山坦为第二道防线，巨流河为第三道防线。
张学良离开奉天以后前往滦州，但是在行至锦西的连山时交通遇阻，于是改由海路前往。25日，张学良等人由葫芦岛乘军舰“镇海号”前往秦皇岛，此时张作相部、汲金纯部与郭松龄部在山海关展开激战，张学良同时致电所部配合第二十七师和汤玉麟部破坏铁道线，在绥中阻止郭松龄部东进。26日，张学良抵达秦皇岛，随即派随行的日本顾问仪峨诚也少佐联系在滦州为郭松龄治病的日本医生守田福松，希望通过守田能够安排与郭松龄见一面，但是被郭松龄婉拒。
27日，张学良再次与守田医生取得联络，并派人捎去一封用铅笔写成的简短信函劝郭松龄“不可起事”，希望能够与郭松龄见面。在接到张学良的信函之后，郭松龄思考了一夜，随后提出休战五天，等待张作霖的回音。守田遂将郭松龄的意思转告给张学良，张学良只好亲自撰写信函，表示“承兄厚爱，拥良上台，隆谊足感。惟良对于朋友之义尚不能背，安肯见利忘义，背叛予父。故兄之所谓统取三省，经营东北省，我兄自为犹可耳，弟虽万死，不敢承命，致成千秋忤逆之名。君子爱人以德，我兄知我，必不以此相逼。兄举兵之心，弟所洞亮，果能即此停止军事，均可提出磋商，不难解决”。
郭松龄在接到张学良的信函之后，也回复了一封长信，“松龄此次举动，纯为消除乱源，拥我公为首领，改良东北政治，不事内争，休养人民，所发命令均署我公之名，使部下不忘我公也……松龄自受知遇，七八年矣。公待龄以恩遇，龄报公以忠诚。患难之交，讵忍相违。惟龄主张班师，实出于不得已，而公所责于龄者，似犹未能谅解，谨本书之意，分公私两项言之……松龄愿公为新世界之伟人，不愿公为旧时代之枭雄；愿公为平民之所讴歌，不愿公为政客所崇拜”。
张学良读罢郭松龄的来信，便知道郭松龄决心已下，难有斡旋的余地。于是在28日乘军舰北上大连，29日偕杨宇霆一起返回奉天。内有郭松龄倒戈反奉，外有冯玉祥虎视眈眈，张作霖真的是被逼到了悬崖边上，当时奉天城内只有一个教导队，郭松龄一旦成功突破张作霖的三道防线，就可以直面奉天这座空城。韩麟春和丁超当时曾奉劝张作霖不如顾全大局，通电下野，但是被张作霖拒绝。张学良在偕杨宇霆回到奉天之后，即奔赴前线，30日，张作霖下达讨伐令，命令奉军不惜一切代价讨伐郭松龄部。
郭松龄的部队不断逼近奉天，冯玉祥亦发出通电声援郭氏，而另一位参与反奉的将领李景林却出了问题。在郭松龄宣布反奉的时候，李景林也发出通电，表示自己要“保境安民，拥护中央，与奉系脱离关系”，并电请张作霖下野。随后，李景林下令扣留了德国兵工厂准备运往奉天的机器，宣布通缉杨宇霆的奉系官吏，改所部奉军为直隶军，并派出心腹将领韩玉宸前往张家口与冯玉祥修好。
但李景林之所以愿意联手郭松龄、冯玉祥，并不是真的和他们志同道合。当时奉军将领要么在关外，要么就像张宗昌在山东，唯有他处于冯玉祥部的包围中，西北军将领邓实珊和徐永昌的部队更是向他步步紧逼。李景林倾向郭、冯，一来是为了解除自己眼前的危局，二来也是希望能够借此扩大他的势力。但冯玉祥虽然和郭松龄、李景林达成密约，但邓实珊和徐永昌的部队仍然向李景林进逼，这就让李景林大为气愤。
恰在此时，张作霖派许兰洲给李景林送来了四十万现大洋，以及李景林母亲亲笔撰写的家书。李景林的母亲在信上奉劝李景林“善自为计”，不要一时冲动走错了路。此时外有邓实珊和徐永昌的部队不顾反奉密约步步紧逼，冯玉祥亦不欲节制；内则有张作霖的安抚和母亲的家书，李景林的态度就此发生了转变。李景林于是一边宣称下野，以李爽恺替代，由郝鹏代理省长，一面则积极准备应对邓实珊的进逼，其实已经开始着手“拒郭抗冯”。
但是要对抗冯玉祥，单靠李景林的实力是不够的，奉军大多在关外，李景林只好派人去和张宗昌取得联络，希望能够组成直鲁联军。李景林下辖三个师、四个混成旅，分别驻扎在天津、杨村、杨柳青、宿马厂、军粮城一带，遂准备将所部改编为新直军第四军，以李爽恺为总指挥，马瑞云出任第一军军长、纪毓坤出任第二军军长、张宪出任第三军军长、王丕焕出任第四军军长。在与张宗昌联络妥当之后，李景林便宣布组成直鲁联军，自任总司令，以张宗昌、李爽恺为副司令。
直鲁联军成立以后，李景林就派人抓捕郭松龄方面的驻津人员，并派兵攻击滦州，以断郭松龄部的后路。冯玉祥闻讯后急忙亲笔写就信函，委派心腹熊斌带去交予李景林，但李景林却当着熊斌的面撕掉了冯玉祥的信函，断然拒绝与冯氏合作。随后，李景林便决定出兵三路进攻冯玉祥部，同时发布通电，“当此国家一发千钧之际，时机危迫，倘再容忍，即恐贻害无穷。景林义愤填膺，绝不与冯贼共立于化日光天之下。用敢率十万健儿，声罪致讨”。
1925年12月3日，郭松龄部进占兴城，然后分别进攻连山、锦西，在此过程中郭松龄部的一个旅归降奉军。锦西方面的守军汲金纯部奋勇作战，与郭松龄部展开连番激战，张学良的总司令部此时自连山移至锦州。
奉军此时一边在连山、锦西前线冒着风雪与郭松龄部作战，一边在锦州和大凌河之间构筑战壕，作为后续的防御阵地。4日，万福麟的骑兵旅自锦州绕到郭松龄部的侧后方，威胁郭松龄部后路，从而使得正在进攻连山的郭松龄部不得不暂时后撤。
但是到了5日，郭松龄部先是击退了万福麟部的骑兵旅，接着就攻克了连山。消息传来，原本咬紧牙关不准备下野的张作霖，此时也逐渐屈服，生出“照郭松龄之要求而下野”的想法。当晚，张作霖在大帅府召集奉天军政要员开会，当众表示“大势已去，决计下野”。6日，奉天代省长王永江亲自到日本领事馆，请求吉田茂总领事能够出动日本兵维持省城的治安，当时奉天城内只有1000余名警察，根本不足以维持秩序。
7日，前线传来消息，郭松龄部已经攻克锦州。郭松龄部此时已经饮马巨流河，突破了张作霖所布置的三条防线，与奉天近在咫尺。张作霖的部队此时仍然没有对郭松龄部形成像样的抵抗，就迅速撤退到巨流河畔。张作霖已经做好了逃至大连寻求日本人庇护的准备，开始派数十辆军用大车将自己的财物运往日本租界。所有的军用大车都被防水帆布盖着，上面坐着持枪的士兵负责押运，一天从早到晚往返十余次驶往日本车站满铁地方事务所。
此时东北局势可以说是最为错综复杂，对东北蓄谋已久的日本人开始在张作霖和郭松龄之间频繁活动。日本人率先找到的是在战事中处于优势的郭松龄，但郭松龄断然拒绝了日本人的要求，于是，日本人便转身去找地位摇摇欲坠的张作霖。当郭松龄进攻新民县的时候，张作霖已经准备逃亡旅顺。据时任东三省交涉总署处长罗靖寰回忆，关东军司令官白川义则委派其参谋长斋藤协同三浦中佐抵达奉天，通过大帅府的日本顾问町野武马与张作霖取得联系，邀请张作霖在奉天满铁附属地的旅馆见面。
张作霖当时孤立无援，张作相的吉军根本不是郭松龄的对手，而吴俊升的黑龙江部队当时还在驰援而来的路上，如果能够得到日本人的帮助，正可以解张氏的燃眉之急。到了预定好的时间，张作霖在顾问町野武马的陪同下，前往旅馆与斋藤、三浦见面。见面之后，斋藤开门见山地提出了日方的五项要求，事先已经由打字机打好，这五项条件包括：
一、日本臣民在东三省和东部的内蒙古，均享有商租权，即与当地居民拥有一样的居住和经营工商业权利；
二、间岛地区行政权移交给日方；
三、吉敦铁路的延长，并与图们以东的朝鲜铁路接轨和联运；
四、洮昌道所属各县均准许日本开设领事馆；
五、以上四项的详细实施办法，另由日中外交机关共同协商决定。
在听完了这五项条件之后，张作霖也提出了自己的条件。张作霖的条件主要是希望日本关东军能够出面干涉郭松龄部在奉天周围的行动，包括防止郭松龄部进入满铁沿线20里内，更不得在这个地区落下一枚炮弹。必要时，张作霖还希望日本关东军能够派兵保护张作霖，并担负起保护奉天省城的职责。除了张作霖提出的条件，日方还允诺满铁火车不会运载郭松龄的部队，提供满铁附属地区和日本租界为张作霖等奉系要人的避难场所等。日方答应了张作霖的条件以后，张作霖便在草拟的密约上签了字。