吴佩孚从汉口仓皇撤走后，退守横店、黄陂、孝感等地，设司令部于孝感。由靳云鹗收集残部，在京汉铁路横店一带布防。唐生智一面命令以第四军为主力的部队对武昌进行持久围困，一面指挥以第八军为主力的部队追剿北逃之敌。他注重快速进攻，未等吴军在横店站稳脚跟，即命令李品仙师、刘兴师直捣横店，令夏斗寅师进攻新沟。吴佩孚乘坐晚清西太后原先专用之豪华花车抵达黄陂车站时，见铁轨已被破坏，只得下车乘马落荒而逃，险些被北伐军俘获，其所乘之专车则被北伐军截获。
刘兴、夏斗寅两部在占领横店、新沟之后，以钳形攻势进逼孝感。吴佩孚席不暇暖，复于9日夜由孝感仓皇逃往广水。北伐军不稍松懈，咬尾紧追，克复孝感。第二天，吴佩孚又将总司令部从广水移至信阳。昔日威风凛凛、在唐生智面前逞强的“吴大帅”，如今在唐生智指挥的北伐军追击下，旬日数迁，惊魂不定，显得狼狈不堪！然而，这位久经沙场的“大帅”，凭借自己还有几万人的兵力和孙传芳的援助，决不向他曾经小觑的老对手唐生智低头，也不愿束手就擒、坐以待毙。10日晚上，吴佩孚在信阳总司令部召集军事会议，试图以其残部六万之众，分三路反攻武汉。为此，他还电催北方援军迅速南下，约定孙传芳部西进配合，准备在15日进行总反击。
可是，就在吴军准备反攻的时候，北伐军已经楔入了吴军阵地。第八军刘兴师已将横店至祁家湾一段铁路切断，截获吴军火车头二十余辆。14日，刘师追过广水，直抵东篁店，遇敌援军田维勤部六千余人反扑。敌以铁甲车冲锋，来势凶猛，北伐军不畏险阻，猛击反扑之敌，迫使田部向武胜关溃退。此时，第八军何键、李品仙两师，经过激烈战斗，也击退了敌靳云鹗、高汝桐部在东篁店附近的反攻，并乘胜猛追。东篁店一战，击破了吴佩孚反攻武汉的梦幻。
吴佩孚败退武胜关后，妄图凭九里关、武胜关、平清关要隘，竭力抵抗。在北伐军稍稍休整后，唐生智又下令于15日午后分三路对吴军发起攻击。以刘兴师攻武胜关，夏斗寅师取平清关，李品仙师夺取九里关。15日下午4时，进攻开始。顿时，在各关阵地开始了激战。枪炮声交织如雷，响彻山谷；炮火冲天，划破长空。经反复攻夺，夏斗寅师、李品仙师分别占领了平清关、九里关。最激烈的战斗则发生在武胜关。武胜关居南北之要冲，扼鄂豫之咽喉，山崖陡峭，道路崎岖，有“一夫挡关，万夫莫开”之势。吴佩孚把它当作直系“存亡之所系”，调集劲旅、重炮进行死守。北伐军刘兴师则挑选勇敢积极的官兵，组成攻关突击队，准备对武胜关进行冲击。这天晚上，南北两军在武胜关通宵血战。北伐军冲锋数十次，进而复退，伤亡很大。在这种情况下，唐生智急令总预备队投入战斗。北伐军在得到援助后，仍与敌军血肉拼搏三个小时，至第二天凌晨，终将武胜关攻克。
九里关、平清关、武胜关之役，打死打伤敌军官兵七百五十余名，俘敌五百余人，缴获敌军步枪六百余支、铁甲车三列、炮二十门。北伐军亦死伤一千二百余人，付出了巨大的牺牲。但是，这种牺牲是值得的。因为通过这一战役，北伐军已经夺取了鄂、豫之间的雄关险隘，拦住了吴军南援的通道，为克复武昌创造了条件。
9月中旬，也就是北伐军在鄂豫边境作战的时候，孙传芳为了牵制北伐军、援助吴佩孚，特派遣陈调元部自安徽向鄂东之武穴进攻，并要求该部相机西进，救援武昌。北伐军一占领武胜关，唐生智便调李品仙师开赴鄂东对陈部进行阻击，令刘兴师接替李部承担对九里关的防务。李品仙部在黄陂集结后，向蕲春开进。鉴于敌强我弱，李品仙将部队布置于蕲春、漕河一带，不时以佯攻与敌保持接触，或者以逐次抵抗与其相周旋，从而将敌军牵制于广济、武穴一带。