还在改组派和西山会议派互争正统的时候，蒋介石、阎锡山、冯玉祥大战已经于1930年5月中旬正式开打。这场史称“中原大战”的战争，分为南、北两个战场。北方的主战场在河南，支战场在山东，分别沿平汉、陇海、津浦三条铁路线进行，以陇海线为决战区，反蒋联军的主力是改编后的冯玉祥的第二方面军和阎锡山的第三方面军，再加上再度反正过来的石友三的第四方面军。南方战场在湖南，沿湘江进行，以衡阳附近为决战区，反蒋联军的主力是李宗仁的第一方面军。不过，虽然这一次反蒋各派齐心合力，准备充分，进攻却仍由南京方面发动。
南京国民政府的讨逆军还在5月1日就已经确定了进攻计划，并于11日发起了总攻。中央军与阎锡山、冯玉祥的部队首先在陇海线及鲁西皖北地区开始交战。北方战局一开，李宗仁即指挥桂系军队联合张发奎部，以主力分三路入湘，蒋介石遂令陈济棠派遣粤军援湘，同时令朱绍良部开抵汉口援湘。6月2日，第27军夏斗寅部、第31军钱大钧部在向湘潭推进的过程中与桂张联军展开恶战。5日，桂张联军攻占长沙，朱绍良、夏斗寅及钱大钧部被迫退入湖北境内，湖南守军何键部亦被迫退入湘西。随着桂军8日攻下岳阳，张发奎部击败受命来援的鲁涤平部，桂张联军大有直下武汉之势。不料负责掩护桂张联军北上的黄绍竑部未能及时赶上张发奎和白崇禧指挥的入湘部队，被粤军蒋光鼐、蔡廷锴部乘虚夺取了衡阳城，使桂张联军被截为南、北两段。由于部队辎重给养都滞留在湘桂边境，李宗仁不得不回师衡阳以打通这一关系湘桂联络的交通枢纽。结果，桂张联军7月初反攻衡阳失利，被迫退回广西全州。这样，在中原大战的南方战场上，双方交战不过两月即以南京中央讨逆军的胜利宣告结束了。