蔡鍔在雲南通電討袁，組成護國軍，張學濟受蔡派遣，返回湘西，組織力量討袁驅湯（湯薌銘）。在乾城（今吉首市）宣布獨立，成立湖南臨時軍政府，任護國軍湘西總司令兼辰沅道尹。隨後，進駐沅陵，收編散兵遊勇，整頓地方治安。
同年譚延闓二次督湘，任命他為湖南辰沅道道尹，兼守備司令。
一九一七年十月下旬，張學濟和湘西鎮守使田應詔、鎮守副使兼第五守備區司令周則範、第二師第三旅旅長陳嘉佑，在沅陵、洪江、常德等地相繼宣布獨立。
張學濟推舊友胡瑛為護法軍湘西招撫使，永綏鎮總兵謝重光為護法軍副總司令。湘西護法軍共有一萬一千餘人。
張學濟響應護法後，率本部東進桃源。不久，應湖北石星川籲請，率部援鄂，隨荊沙靖國軍退往鄂西。
護法聯軍在嶽州戰敗，大軍南撤，湘西護法軍便受到嚴重威脅。這時，據守常德一線的湘西護法軍有田應詔、胡瑛所部共六千餘人，周則範部約三千餘人。
段祺瑞令原第十七師師長陳複初，在湖北長陽招撫舊部，恢複該師建製。然後會合原湖南第四守備區司令王正雅所部，進攻湘西。
四月二日，陳複初率十三個營約六千餘人由沙市出發，經漁洋關進窺湘西。
湘西護法軍急電唐繼堯、劉顯世，請求滇、黔軍赴湘救援。唐、劉以湘西係滇、黔門戶，不能見危不救，遂派黔軍第一混成旅旅長盧燾和遊擊司令王華裔分彆率部開赴辰州（今沅陵）、洪江，支援湘西護法軍。
四月二十三日，北軍陳複初與王正雅率部從臨澧出發，經朱日橋進攻常德；並電請張敬堯令李奎元第十一師分由益陽、寧鄉進逼漢壽，“俾壯聲援”，請吳光新旅一部進駐公安及津市、澧縣一帶，相機策應。
四月二十五日晨，北軍陳、王部在八裡鋪與湘西護法軍接戰，田應詔、周則範率部且戰且退，扼守鼇山。下午三時，北軍夾擊鼇山，護法軍不支，棄鼇山後撤。
田、周兩軍在鼇山失利後，擬與北軍妥協，電邀張敬堯派人到常德談判，表示護法軍移駐桃源，將常德讓給北軍。
這時，已進至麻陽、辰州一帶的援湘黔軍聞田、周有妥協撤退之意，急在辰龍關至興隆街一線展開，準備防堵。並警告田、周，如“遇有後撤者，必將迎頭痛擊”。田、周隻好繼續對北軍作戰。
五月四日，田應詔、周則範派人持函赴陳複初師司令部，詭稱護法軍將按前約移駐桃源，歡迎陳複初軍入駐常德。
陳見函不疑，率軍入常德城。及至城內，突然伏兵四起。田、周則率部從外麵包圍該城，實行內外夾攻。北軍突遭攻擊，軍心大亂。
陳複初率部左衝右殺，奪路而逃，後隻身逃往長沙。陳部朱澤黃旅退保津市。田、周聯合林德軒、胡瑛等部，乘勝追擊，於六日克複臨澧。
五月十五日，田應詔、周則範致電馮國璋，主動要求“休兵息戰”，劃地自守。
此時，抵達津市的第十六混成旅旅長馮玉祥，也致函田、周，希望湘西各軍停止進攻，讓出常德、桃源，作為南北兩軍緩衝之地。
湘西軍隊已無心再戰，同意與馮妥協。五月下旬，田、周率部撤出臨澧、常德。馮玉祥旅進入常、澧後，也不再向南進攻。李奎元十一師則於六月中旬乘機占領了益陽、漢壽。
北軍在第二次攻湘作戰中，共投入兵力約十萬人，並起用吳佩孚為主戰場指揮，取得了明顯戰果。儘管北軍付出了巨大的代價，但終於占領了湘省大部地區，基本上實現了預定計劃。
護法聯軍之所以遭到失敗，一是由於戰前頓兵乞和，內部矛盾加劇，部隊士氣下降；二是缺乏戰略協同，先是不與湖北靖國軍配合作戰，後又不與湘西護法軍密切協同；三是在嶽陽、平江防禦戰中，實行單純防禦。後來雖然取得了湘東反擊戰和湘西伏擊戰的局部勝利，但未能從根本上扭轉頹勢，不得不退守湘桂邊界地區。
幸好北軍主將吳佩孚在攻占衡陽後，以部隊久戰力疲為借口，頓兵不前。並在耒陽與湘軍師長趙恒惕秘密談判，約定從六月十五日起，雙方於寶慶至茶陵一線停止交火，才使護法聯軍有了喘息的機會。
吳佩孚的自動停戰，打亂了段祺瑞的進攻部署，加劇了直皖係間的矛盾。
漢口軍事會議結束後，曹錕、張懷芝、倪嗣衝於四月二十六日聯合電請政府迅速召集新國會。
北京國務院於五月四日通電，否認要以臨時參議院代行國會的一切職權。這顯然是想讓南方的護法，失去正當性。
段在南巡期間，全國掀起了反對中日密約的浪潮。
原來段在任參戰督辦時，以參戰為名和日本洽商借款，名義上是編練參戰軍，實際是拿日本借款進行個人建軍工作，並以一部分作為征南戰費和籌備新國會之用。這些交涉不要說馮國璋不知道，連北京外交部也不知道。
一戰以前，帝國主義的秘密外交使中國受害甚深。一戰期間，日本出兵山東並對華提出“二十一條”要求，雙方交涉後，於一九一五年五月秘密簽訂“民四條約”，日本取得戰後繼承德國在山東權益的法律依據。
袁世凱帝製失敗身亡後，日本對華大舉借款，獲得諸多經濟利益。這期間中日訂立的條約、合同及換文等，尤其是與山東問題有關各件，由於未經國會批準也未公布，中國一般稱為“中日密約”。對於國人來說，談及“中日密約”是很敏感的。
“中日密約”問題與當時國際政治及國內派係鬥爭牽連糾纏，許多外交機密及幕後糾葛鮮為人知，當時報章宣傳或捕風捉影，或有心扭曲遮掩，把問題搞得更加複雜。