桂军退出广东时，沈鸿英几乎毫发无损，率部退至广西平乐。
陈炯明始终不愿意对广西用兵，曾派翁式亮为密使，到广西平乐去见沈鸿英。劝沈驱逐陆荣廷，攫取广西军政大权，宣布广西自治，愿以军费、军火相助。善于投机的沈鸿英很快被说动，一口答应了陈炯明。
但是，一九二一年六月上旬，曾被粤军收编的桂军残部，受陆荣廷鼓动，在高雷钦廉地区倒戈反粤，遂溪、廉江也有人响应。沈鸿英看形势不对，加之受陆荣廷的利诱，又反过来对陈炯明出尔反尔。
六月十三日沈鸿英派兵由贺县侵入连山、连县、阳山，北江防军李烈钧旧属赖世璜、李明扬等部不敌，败退到韶关。
败讯传到广州，陈炯明采取了紧急行动，派第一师师长邓铿为北江总指挥，率军抵抗沈军，调回第二师师长洪兆麟部加强广州的守卫。
粤桂战火重燃，陈炯明根据湘粤联防条约，请求湘军出兵进攻桂林，捣袭桂军的后路。
陆荣廷也根据多年来湘桂同盟的关系，派林虎到湖南，请求湘军出兵北江，助以一臂之力。
赵恒惕为之左右两难，他不希望西南方面兵戎相见，再启战端，便发起邀请四川、湖南、云南、贵州四省共同调停粤桂战争。
赵恒惕的建议只获得四川的刘湘的赞成，云南和贵州都没有答复。原来云南的顾品珍因为唐继尧部下胡若愚、李友勋两旅已由迤南开入广西边境，为了共同对付唐继尧，他曾和陆荣廷建立了秘密同盟。
贵州卢焘则因为陆荣廷收容了贵州“逃将”王华裔，已派黔军谷正伦、胡瑛两旅开入黔桂边境，与陆荣廷处于敌对状态。王华裔是在刘显世失败后逃去湘西，又被假道湘西的滇军赶走，逃入了广西北部。
这样，赵恒惕的四省联合调停粤桂战争的计划只能流产。
眼看粤桂之战已不可避免，毕竟湘粤联防条约要更重要些，而且一直以来从陈炯明处曾得到真心实意的援助，比如湘东反击战。赵恒惕在不能两全的情况之下，只能选择与陈炯明同进退。
桂军打过来，陈炯明没了别的选择，只能横下心来讨伐桂系。
一九二一年六月十八日，孙中山下令对广西总攻击，二十六日发表命令，派陈炯明为援桂军总司令。
就在同一天，陈炳焜的部将，手握重兵驻梧州的刘震寰响应粤军，宣布独立。搞得陈炳焜、莫荣新、韦荣昌等措手不及，匆匆忙忙地逃往浔州。
粤军不战而克梧州，孙中山随后任命刘震寰为桂军第一师师长。
陆荣廷对梧州的陷落没太在意，他下令沈鸿英进攻莫德、三水，又叫林俊廷等迅速由高雷一带北进。这是双管齐下的军事计划，不但可以直接威胁广州，而且可以截断梧州粤军的后路。
但是，沈鸿英眼见形势有变，哪肯为陆卖命。暗中请赵恒惕转达陈炯明，愿意宣布自治，履行以前的条约。
陈炯明这时不敢相信他了，粤军马不停蹄地向广西深入。北江粤军一路由信都、贺县包抄沈军的后路。一路由英德、韶关向西进攻。
粤军为保卫家乡而战，士气高昂。从七月三日到八日，信都、阳山、连县、连山都被粤军收复。
七月九日，退往贺富山的沈军将领黄自高、沈荣光等联合推举沈鸿英为“救桂军总司令”，宣布广西自治，脱离陆荣廷，与西南军政.府保持一致。
粤军乘胜溯西江而上，克复浔州，且以破竹之势占领藤县、容县、北流、平南、贵县。
这时候，黔军谷正伦、胡瑛两旅沿盆江南下，唐继尧旧部胡若愚、李友勋两旅由迤南开进，李烈钧所属朱培德、杨益谦两旅由湘西开到，都集中在桂西北一带。
此时，唐继尧还没回师云南，为了统一指挥，唐继尧、卢焘把他们的部队拨归李烈钧指挥。李烈钧便号称为“滇黔赣讨陆联军总司令”，准备向桂林柳州两面进攻。
桂军在大势已去的情况下，将领们均纷纷通电和陆荣廷脱离关系。
七月十二日，桂军旅长贲克昭在柳州自称柳庆救桂军总司令。十四日，桂军统领秦步衢逐走了陈炳焜和桂林镇守使李祥禄，自称桂林救桂军总司令。韦荣昌、刘达庆、韩采凤在贵县陷落后，也都宣言“自治”。
陆荣廷于七月十六日通电下野，把政权交与沈鸿英，并令龙州镇守使黄培桂移驻南宁，代理督军、省长两职，他自己偕同谭浩明由南宁逃往龙州。
一九二二年八月十一日孙中山派马君武为广西省长，派陈炯明为广西善后督办。
九月三十日，粤军攻克了桂军的最后据点龙州，首先入城的是魏邦平部，桂军残余部队非降即溃，陆荣廷只身逃往安南。
讨桂各军一部分撤返广州，准备北伐。