軍需主任將武器運回去一個月，革命軍出師北伐，作為先鋒的第四軍獨立團和第七軍向湖南進發，迅速攻佔了長沙，隨後揮師向著武漢進發，左縱隊（第8軍）和右縱隊（第4、第7軍）攻取嶽陽、平江，直指武漢；第2、第3軍、獨立第1師和第5軍第46團集結醴陵、攸縣等地，對江西警戒，掩護北伐軍側背安全；黔軍改編的第9、第10軍從湖南常德地區進取湖北沙市、荊門，相機佔領宜昌、襄陽；第6軍和第1軍第1、第2師為總預備隊。

北伐大軍相繼入湘，分成左，中、右三路，向湘北直軍發動進攻。8月19日，中央軍向汨羅江北岸發起進攻。右縱隊第4軍進攻平江，其右翼第10師從托田渡汨羅江進佔肥田，左翼第12師借其掩護，由白雨湖渡汨羅江，一部向天嶽山、魯肅山實施佯攻，一部向平江城東北攻擊前進，經過激戰，守軍由北門退入城內。獨立團向平江城東門猛攻，擊退守軍，攻入城內。平江守軍1個旅被繳械。與此同時，右縱隊第7軍第1、第2旅分別佔領浯口、黃塘後，在將軍坪擊退頑抗之敵，迅速向張家牌前進。第8旅猛攻將軍山，遭守軍反擊。第7軍使用預備隊從兩翼投入戰鬥，擊退守軍，攻佔張家牌。左縱隊第8軍於同日渡過汨羅江後，未遭抵抗，即分別佔領長樂街、黃谷市。之後，左右兩個縱隊乘勝前進，至8月22日連克嶽陽、通城、羊樓司等地，開始進入湖北境內作戰。在此期間，吳大帥率部協同奉軍在直隸南口等地將革命軍擊敗後，調兵南下，親率湖北暫編第4師和陸軍第8師於8月25日抵達漢口，令自嶽陽、通城敗退的湖北暫編第1師和衛兵旅等部共萬餘人固守湖北鹹寧地區汀泗橋，並派第25師第13混成旅另1個團增援。另以陸軍第8師進至賀勝橋地區設置堅固陣地；武衛軍佔領紙坊，鄂軍第3旅及部分湘軍殘部在白螺磯、新堤、嘉魚一帶，協同海軍阻止國民革命軍渡江。

8月25日，國民革命軍第四軍獨立團作為第12師的前衛，奔襲粵漢鐵路上的中夥鋪車站，殲滅直軍1個團；第10師進佔楊泉畈。第7軍佔領大沙坪、桂口市。第8軍佔領臨湘、羊樓洞、蒲圻等地。第8軍攻取漢陽、漢口，第4、第7軍沿鐵路北進，攻取武昌。

第12師第35團在高豬山擊退直軍一部的阻擊，進至鐵路橋頭，遭對方火力封鎖；第36團進至汀泗橋東南高地前，遭敵俯射，前進受阻。第10師第29、第30團分別在第36團兩側展開，激戰入夜，仍無進展。第36團乘夜暗實施中央突破，也未得手。第12師決心以獨立團和炮兵營向汀泗橋東北的古塘角迂迴，從右側後包圍殲敵。27日凌晨，獨立團從小路隱蔽接近古塘角，配合正面部隊的全線攻擊。直軍遭前後夾擊，全線潰敗，被俘2400餘人，殘部向北逃遁。第4軍佔領汀泗橋。獨立團乘勝猛追，當日中午攻佔鹹寧城。吳大帥親率湖北暫編第4師和陸軍第8師及在汀泗橋戰役中敗退的殘部共2萬餘人，在賀勝橋及其以南的楊林塘、桃林鋪、王本立地區梯次設防，企圖死守。國民革命軍不給直軍以喘息之機，於1926年8月29日由第4、第7軍發起賀勝橋戰役。第7軍第8旅在袁家鋪附近擊退直軍約1個團的抵抗後，向王本立前進，途中遭直軍反擊，被迫後撤。第4軍第12師在楊林塘附近與直軍激戰後，形成對峙。30日拂曉，第4、第7軍繼續攻擊，葉挺獨立團猛打猛衝，在楊林塘突入直軍主陣地，向桃林鋪攻擊前進。此時，直軍一部從側翼反擊，企圖對葉挺獨立團實施包圍。第10師第28團和第12師第36團適時增援，協力抗敵，突破直軍桃林鋪防線，向賀勝橋發展進攻。第7軍攻佔王本立後，迅即向賀勝橋東側的南橋攻擊。直軍正面失利，側背受敵，全線動搖，紛紛潰退。國民革命軍於當日上午佔領賀勝橋，俘敵3500餘人，中路第四，第七、第八軍主力全線擊破汨羅江直軍防線，繼在汀泗橋、賀勝橋打敗直軍主力，進圍武昌，一部繞道攻克漢陽、漢口，前鋒進追武勝關。吳佩孚迅速集結兵力，企圖憑藉長江、漢水固守武漢。部署以陸軍第3、第8師和第25師等部守備武昌；陸軍第14師守備漢陽、漢口；另以湘軍殘部在沌口、金口，武衛軍和河南第10師在陽邏、黃岡，湖北暫編第2師和河南暫編第2師在蔡甸、沙洋，第13混成旅、浚滑遊擊隊等部在漢口附近地區，保障武漢的安全。國民革命軍於9月1日包圍武昌城。2日，前敵指揮部決定以第4軍並配屬第1軍第2師和第7軍第7、第8旅主攻武昌城；第8軍繼續準備進攻漢陽、漢口；第7軍第1、第2旅在鄂城、樊口遮斷直軍長江交通，掩護攻城部隊側背安全；第1軍第1師為總預備隊，在崇陽待命。由於武昌城牆高築，直軍防守嚴密，攻城部隊在缺乏周密準備的情況下，先後於3日、5日兩次攻城，均未奏效，且傷亡甚重，遂對武昌改取封鎖圍困。

第8軍於8月26日開始在臨湘、嘉魚間陸續渡過長江，9月5日向漢陽發起攻擊。直軍湖北暫編第2師倒戈，改編為國民革命軍第，配合第8軍作戰，6日攻佔龜山。第8軍第2師攻佔漢陽兵工廠，第4師佔領漢陽城。7日，第8軍第2師渡過漢水，攻佔漢口。吳大帥率殘部北逃。第8軍主力乘勝追擊，至16日相繼佔領武勝關、平靖關、雞公山和九裡關。國民革命軍攻佔漢陽、漢口後，武昌已成孤城。

9月中旬，第7軍和第1軍第2師奉調入贛作戰，由第4、第15軍和第8軍一部繼續封鎖圍困武昌。10月8日，守軍第3師師長率部投誠。10日，攻城部隊在吳投誠部隊接應下攻佔武昌城，殲敵2萬餘人，生擒守城司令、第8師師長。正當國民革命軍席捲湘、鄂，吳大帥軍隊瀕於崩潰之際，孫大帥於8月25日在南京召開軍事會議，決定從蘇、浙、皖調兵10萬入贛，會同其駐贛部隊2萬餘人進攻湘、鄂；並令福建督理部進襲廣東，威脅國民革命軍後方。國民革命軍總司令部為達到佔領江西的預定目標，決定對江西轉取攻勢。

9月上旬，國民革命軍分三路進軍江西。在贛南，第2軍第5師、第5軍第16師第46團和第14軍先於其他方向行動，攻佔贛州後沿贛江北上，向吉安方向發展進攻。

在贛西，由第3軍和第2軍主力佔領萍鄉後，連克宜春、萬載、分宜，在新喻與孫大帥麾下的直軍一部激戰三晝夜佔領該地後，第3軍向高安、第2軍主力向樟樹方向進擊。在贛西北，第6軍和第1軍第1師分別克修水、銅鼓，繼佔奉新和高安。9月19日，第6軍第19師乘虛攻佔南昌城。孫大帥急從南潯鐵路沿線和樟樹地區調兵反擊。由奉新向南昌攻擊前進的第1軍第1師在牛行受挫，傷亡甚重。第19師孤軍苦戰三日後，被迫於21日退出南昌。次日，第19師得本軍第17師增援，再次攻入南昌，又遭直軍優勢兵力圍攻，遂於23日突圍，撤向奉新地區。

在此期間，孫大帥將其在贛、閩的部隊編組為5個方面軍，並設司令部於九江，親自坐鎮指揮，計劃以一路反攻南昌後，由高安方向進擊長沙；一路由武寧越過九宮山攻取湖北通山；一路由武穴渡江攻陽新，在鹹寧、蒲圻間截斷武昌至長沙鐵路，然後北上解救武昌。