数月来，国民军在南口连续恶战，困苦万分。由于奉军占有炮兵优势，南口防御工事大部被炮火摧毁。时值雨季，战壕中存水及腰，军中疾病流行，大大削弱了部队的战斗力。国民军本来就没有雄厚的物资基础，长期战斗消耗使弹药及给养均严重短缺。但是，由于国民军治军较严，军队训练有素，故广大官兵在艰苦情况下，能保持较高的士气和战斗力。
两个多月的战事表明，直军根本不能充当攻打南口的主力。所以，吴佩孚不得不派张其煌与奉方协商，表示愿意将南口军事指挥交给奉方负责。
8月1日晨，直军、奉军、直鲁联军共12万人向南口一线展开总攻击。奉军几十门重炮猛烈轰击南口要塞。张学良、张宗昌分赴沙河、羊坊督战。吴佩孚也亲到三家店督促田维勤向青白口进攻，并限令三日内攻下怀来。国民军顽强抵抗，与后方联络多次中断，一些前沿阵地几次易手，反复争夺，双方伤亡惨重。但是，国民军仍坚守阵地。8月5日晚，奉军、直鲁联军再次下达了进攻南口总攻击令。直鲁联军以王栋为前敌总指挥，率部沿京绥铁路左侧发起攻击。奉军第十军于珍部沿铁路右侧发起攻击。奉军先以大炮轰击，然后以坦克、步兵冲锋国民军依仗坚固工事还击，战况空前惨烈。国民军在龙虎台、关山岭、虎峪村、得胜口等地与奉军恶战三日，白刃肉搏一百多次。在凤凰台，双方拼抢，前后易手达十数次之多。奉军步兵第四旅二十五团某连攻老爷岭，一仗之后仅存25人。国民军在奉军优势炮火的轰击下，也遭受重大损失。
8月8日，奉军攻占居庸关，继而攻占营子城，偏地峪、铁卢沟、毛司台、落马坡等要隘，铁甲车攻破南口阵地外壕。8月11日，南口国民军在奉军优势炮火猛烈轰击下，渐不能支。
与此同时，奉军吴俊陞部在察北发动了猛烈攻击，并于7月20日攻占多伦，使国民军整个防线发生危机。为此，国民军急调宋哲元率部从晋北驰援，将多伦收复，暂时稳定了局势。但是，晋军董中山部却乘国民军后方兵力空虚攻占了绥远清水河，托克托等县，晋军也开始反击。并收买土匪赵有录包围包头。国民军几个方面作战，饷械俱缺，又面临着与甘肃宁夏交通中断的危险，形势日益危机。8月上旬，多伦再度失守。国民军终不能支。
国民军为筹措南口军费想尽了一切办法，在察、绥发行了“短期公债券”，规定一年兑现。张家口商会被迫购买了80万元。绥远商会也不得不认购一部分。自7月起，国民军把京绥铁路的货物运费提高了4%。尽管如此，国民军的粮食给养仍难以补充，武器弹药消耗殆尽。军民交困，赖以维持市场流动的西北银行钞票始终无法兑现，以至失去信用。国民军在南口战场很难再坚持下去。
8月上旬，张之江在张家口召集国民军高级将领紧急会议，议决为保存实力，全军向绥远实行总退却，并派石敬亭赴苏联催促冯玉祥回国，主持大计。
8月13日，国民军南口守军从阵地撤退。由于联络中断，第三十旅旅长王书箴及部分守军因没有接到后撤命令而被俘（王后来被奉军杀害）。
这里非常有必要介绍一下扼守南口主阵地的刘汝明第十师。这是1925年由鹿钟麟属下警备旅改编的部队，下辖三个旅，二十八旅张万庆，二十九旅胡长海，三十旅王书箴。全师15000余人，骨干皆为十一师的老底子，故战斗力极强。该师自三月份进驻正面阵地，历经四个月，没叫过一声苦，岿然不动，抵御奉直军近二十万。诚可敬也！当然他们也付出惨重代价，最后撤下来的部队已不足半数。刘汝明一战成名，时年31岁。
8月14日晨，张学良向奉军、直鲁联军下达攻取南口总攻击令。国民军由居庸关向延庆、青龙桥方面退却。下午二时，南口完全被奉军、直鲁联军占领。8月15日，国民军下达全线总退却令，其撤退的部署是先东路，后西路，以平地泉、卓资山以西为撤退目标。韩复榘、石友三等部担任掩护。宋哲元率多伦、沽源方面各军经张北西退。鹿钟麟率南口、延庆方面各军经京绥路过集宁西行。徐永昌、方振武及石友三等部自蔚县、广灵及晋北雁门关去绥远。国民军以平地泉为第一防线，卓资山、和林为第二防线。韩复榘、石友三、孙连仲等部分任防守及收容之责。
8月15日，奉军占领居庸关、青龙桥、康庄、延庆。16日，直军田维勤部占怀来。奉军吴俊陞部攻占沽源。19日，直军与奉军先后进驻张家口。与此同时，山西晋军收复了晋北全部失地，并于8月25日攻占平地泉（集宁）。8月26日，阎锡山电告奉军，声明西北军事可独立了之，请奉鲁军不必再行前进。他已视绥远为自己的禁地，暗示奉张不要再插足了。
国民军战线绵延二千里，全线西撤，尽管事前有所准备，是有计划、有步骤的撤退，但却与撤离北京时大不相同。主要负责人领导不力，部队不明了西退的目的，在精神上等于无形地被解体了，从而严重影响了士气；再加上指挥混乱，敌方间谍破坏，军车数次相撞，致使油车失火，大量军事物资被遗弃，秩序大乱，损失惨重。绥远地区环境恶劣，多为广漠沙场，人烟稀少，根本无法补充给养，军纪无法维持，使士兵大批失散。原国民军二军弓富魁部在绥远还有抢劫行为。陈希圣部徒步经过察北隆盛庄以东时，遇到二三百地方武装的阻击，竟致使成旅的军队溃散。晋军商震利用他与国民军内部人士的关系，向各部分途拉拢，对其分化起了很大作用。韩复榘、石友三、陈希圣率部退到包头后，与他接洽被晋军收编。郑金声、张自忠、张万庆等也先后投降了山西。张之江、鹿钟麟、宋哲元率部到包头后仍准备西撤。此时，刘郁芬来电称，兰州之围已解，欢迎各部入甘，共图大计。因此，张之江决定先到宁夏，鹿、宋二人移驻五原，防守绥西。但是，上述布置正在进行之中，国民军领导人又听到谣言，说大部退往甘肃前途将有不测，又使各部均徘徊于绥西一带。
此时，国民军所余诸部大多残破不全，只有一军刘汝明部及三军徐永昌、五军方振武等部保持了较完整的建制，但也严重减员。全军除驻甘肃的两个师外，包括韩复榘、石友三诸部尚不满5万人。
鏖战4个月之久的南口大战，以国民军的退败而告终。国民军与敌人的实力相差悬殊，物质基础薄弱，经不起长时间的战争消耗；再加上战线过长，处在不利的战略地位等，都致使其在军事上最终处于被动局面。但是，这些都不是导致上述结果的主要因素。
前文已述，奉直军阀围剿国民军的战争爆发后，国民军领导人一直幻想与敌人妥协。这不仅影响了自己的战略决策，也挫伤了军队的士气。国民军在南口战场上并没有战败，而是败在撤退之中。国民军当时的最高领导人张之江既没有统帅全军的威望与能力，又在形势紧迫之时惊慌失措，“致使撤兵之顷，弄得一塌糊涂”。所以，李大钊曾痛心地总结说：“这次国民军退却，实为一大失败，丧失精锐士兵无算。这不是战争失利，而是因为主帅之无谋”。
此外，国民军对帝国主义的间谍活动也毫不警惕。国民军在张家口曾发现两部秘密电台。日本特务松室孝良也一直在察绥活动。国民军领导人也没有严格的保密观念。1925年下半年，李泰棻曾代表冯玉祥去山西联络阎锡山。阎对李说，他的译电室每天将各方密码电报，统统收来，研究一二日就可译出，什么密电对他是密不了的。但是，国民军对此仍没有采取相应措施，电讯联络已无密可保。其与靳云鹗、孙传芳等策划旧直系联合反奉密谋，就是由此为晋阎所侦知的。奉直联军能及时从各方获得国民军的情况，从而造成国民军战场上的被动，这也是国民军领导人军事指挥能力不高的直接表现。
中国共产党人及国民党左派一直给国民军以巨大的支持。当国民军退南口时，京绥铁路一些负责人，多系与奉系军阀勾结的交通系分子。他们或者逃避，或者暗中破坏，妄图使交通瘫痪。中国共产党所领导的工会带领一班革命工人，组织了南口、康庄工会交通维持队，保证了京绥铁路畅通。在南口守卫战及退往包头，绥远时，工会领导的革命工人，不避弹雨，积极参加战斗，给国民军以有力的支持。但是，国民军不能进一步发动与依靠革命人民，在优势敌人面前，势单力孤，并最终败溃。
尽管如此，南口大战对当时中国历史进程产生了重大影响。国民军在北方的行止关系到了全国革命大势。它首先并不自觉地吸引了奉直军阀的大部分注意力，成为它们“剿赤”的主要目标，做了掩护革命力量盾牌；继而长时间在南口苦战，为广东国民革命军北伐创造了有利时机。北伐军在两湖的胜利，是国共两党领导广大军民英勇奋战的结果，但与国民军牵制了吴佩孚直军主力不得回师有很大关系。因此，第一次国内革命战争实际上有南北两个战场。南口大战是第一次国内革命战争重要组成部分。所以，南口大战的失败是局部的。从全国革命战略而言，国民军起到了牵制敌人的作用。冯玉祥在是年9月就说：“一失南口，一得武汉，其所失者少，所得者多。在同志方面计，实已战胜敌人”。1928年7月9日，蒋介石在追悼南口阵亡将士大会上说：“当革命军自粤出发，未几下桂赴湘。彼时正值西北革命同志，与反革命者激战南口。赖诸烈士之牺牲，直军不能南下守鄂，北伐军遂长驱北上，冲破长岳。后日西北同志，虽退绥甘，而北伐大军，已以破竹之势，消灭反动势力，建立政府于武汉。是北伐成功，多赖南口死难烈士。革命同志，幸勿忘之也”。
就战术而言，南口大战也不是以国民军完全失败而记载于史册。国民军成功抵御敌人优势兵力进攻达4个月之久，且歼敌达5万之多，是在北洋时期战史上所仅有的。南口不是被敌人所攻占的，而是国民军主动撤离的。其在战略撤退之中，虽然损失惨重，但基本上又保持了国民军的名号及建制，并很快得以再起，创造了另一个奇迹。所以，国民军在南口大战中也取得了部分战术上的胜利。实际上，对奉直军阀而言，无论从战术上还是从战略上，其在南口对国民军的围剿均遭失败。它耗费了大量人力、物力，连续苦战，但最终也没有把国民军消灭，而自己却顾此失彼，在战略上犯下了致命的错误。南口大战是北洋军阀势力在战
略上采取进攻姿态的最后表现，此后，北洋军阀势力在中国政治格局中，始终是居于守势的地位，对革命势力再也没有主动还手之力了。
南口大战的意义还在于，它反映了冯玉祥及国民军与旧北洋军阀集团的彻底决裂。这既是冯氏军事集团长期与北洋各派系矛盾斗争的必然结果，是时代进步对它影响的产物；也是其真正从北洋集团分化出来的标志。冯玉祥及国民军的转化虽然有些被迫的成分，但最终还是完成了。这是中国近代社会游移于革命与保守之间的中间阶级及所代表军政势力向左翼靠拢的表现，是值得肯定的