阎锡山在津浦线指挥晋军于六月二十五日攻占济南。七月上旬，蒋介石即由各方面抽调大部兵力，7月1日，第11师被调赴津浦线参加对晋军的作战。后部队陆续开到津浦线，一部由海运在青岛登陆开往胶济线，于七月中旬开始反攻。津浦线晋军首先受挫，节节后退。7月23日，第11师与第1、13师编成中路军。7月28日进攻开始后，第11师所属的31旅、32旅分别击破晋军丰玉玺、李生达所部，并乘胜追击，掠获晋军将领李生达之坐车。阎锡山为了挽救颓势，特派周玳携带大批现款、弹药和面粉到郑州见冯，请冯指挥陇海线各军发动大规模的攻势。当时冯的幕僚私下里议论说：“阎锡山就是会‘急来抱佛脚’，早些时候送来这些东西，孙连仲不就打到蚌埠了吗，津浦线那里会有今天的情况。”冯对阎这种作风虽然也很不满意，但他为了顾全大局，自不能对津浦线的紧急情况袖手旁观，于是在八月上旬在陇海线又发动了全面的攻势，以徐州为目标分七路总攻。在陇海路以南，以冯军为主分为左、中、右三路，左翼孙良诚、吉鸿昌部进出睢县，向宁陵以北地区进攻；中路孙连仲部由太康进攻归德；右翼孙殿英部由拓城进攻马牧集。并令铁路正面的晋军、铁路以北的刘春荣部及鲁西的石友三部同时出击；郑大章部的骑兵深入敌后，展开活动；以宋哲元部为总预备队。八月六日，全线开始总攻。中路孙连仲部首先将防守河堤岭之蒋军击溃，进至勒马集；孙殿英部亦逼近马牧集，迫使蒋军左翼不得不变更阵地，向后转移。惟宁陵一带因靠近陇海路线，蒋军有重兵防守，加以连日大雨，宁陵以北，河水泛滥，平地水深数尺，以致孙良诚、吉鸿昌部进展较慢。冯玉祥随即将宋哲元的预备队加入左翼（冯治安军是宋哲元的基本部队，因受冯直接指挥，控制在郑州附近及其以南地区，故未参加此次战役），协同孙、吉两部冒雨进攻，在泥水中展开猛烈的战斗。终以连日大雨不停，士兵疲劳过甚，给养又极困难，攻势受阻，遂胶着于宁陵以北、归德以西、以迄野鸡岗、内黄之线。蒋军阵地被迫由原来的一条直线，变成了一个直角。
在冯军全线猛烈攻击的时候，蒋介石鉴于情势危急，为了确保退路，乃分电各将领固守鹿邑、太和、阜阳、涡阳、蒙城、永城、夏邑和亳州各城，敌军来攻时能固守不失者，准各升二级，赏洋五万元，借以激励士气。蒋介石并在柳河召集会议，他看到柳河、归德岌岌可危，准备由陇海正面及归德以南地区退却，缩短战线。参谋长杨杰和军政部陆军署长曹浩森（曾任冯的参谋长）均在会上研究了当时的情况。杨杰认为在敌人攻势正猛的情况下退却极为不利，应再继续苦撑数日，视情况的发展，再寻找退却的有利时机。曹浩森夙知冯玉祥作战向主稳扎稳打，非有十分把握，决不敢冒险深入。他们研究结果，都主张将控制在柳河附近的仅有的两个营加上去进行重点突击，俟稳住阵线后，再看情况的发展变化，一面调留守南京的教导师火速开来，解除左后方的威胁，然后再作新的布署。当时参加会议的陈调元向蒋自告奋勇，建议从右翼反攻，以分陇海线晋军兵力，即可保正面无虞。至此，蒋始中止了执行退却的计划，并悬赏全线各军，固守原阵地。恰逢大雨不止，冯军停止进攻，蒋军颓势才有了扭转。
当冯玉祥布置这一次总攻的时候，曾经对整个战局作了分析，认为主要战场在陇海线，其次是津浦线，再其次是平汉线。徐州是陇海、津浦两线的枢纽，是一个极关重要的战略要点，如将徐州攻下，则津、陇两路即可联成一气，西北军与晋军会师徐州，乘胜南下，影响所及，平汉线的“杂牌军”必将发生重大变化，那时，最低限度，大江以北将无蒋军立足之地。因此，冯对这一战役下了最大的决心，除在平汉线控制一定兵力外，把所有的兵力都使用在陇海线方面，以期一鼓攻下徐州，取得决定性的胜利。但是，他没有料到：晋军在陇海线正面虽然配备了不小的兵力，又有十几个团的炮兵，但在总攻击令下达之后，并没有充分发挥他们的力量，而是前进迟滞，不能与陇海线以南的西北军紧密配合，以致西北军不得不在大雨滂沱、遍地泽国的极端困难情况下艰苦奋战，在攻取蒋军每一个据点的时候，都要付出很大的代价。西北军卒以官兵过度疲劳，又得不到及时的补给，乃不得不忍痛停止进攻，坐使本来可以被击溃的蒋军，复得到调遣援军的喘息时间，在全线动摇之中逐渐稳定下来；而对于津浦线的晋军，也没有起到支援的作用。结果是晋军退出济南，撤往黄河以北，8月13日，第11师进攻驻守泰安的晋军傅作义所部。经两天激战，击退该部。此后又乘晋军全线溃退之际于8月14日兵不血刃的占领济南，使蒋军得以抽出大部兵力转用于河南战场，攻取徐州的时机便被这些无情的现实所断送。当冯玉祥谈到这些情况时，真痛心到了极点，不由得说出这样一句话：“阎百川这个老弟真不是好东西。”
在这以前，冯的幕僚认为阎锡山不愿意西北军先拿下徐州，无论在军事的配合上，械弹、粮饷的供应上，种种迹象都表明了阎对西北军的进展是在有意识地“扯后腿”。冯对这些话原不同意，可是从这次战役中得到的教训，使得他也有了这样的感觉，不象过去一样，说阎对他是真诚的合作，而是说：“阎百川这个葫芦里不知究竟装的是什么药”了。