孙中山先生亲自主持制定的《中华民国临时约法》及据此召集的第一届国会（俗称旧国会），一向被公认为资产阶级共和国的象征。孙中山在被迫让出政权后，一直为维护约法和国会而进行着坚持不懈的斗争。当1917年5月，国务总理段祺瑞利用督军团压迫国会接受对德宣战案之际，孙中山即与章太炎、岑春煊、唐绍仪联名致电段祺瑞及参、众两院，要求他们遵守约法、尊重国会。段被继任总统黎元洪罢职后，唆使北洋督军叛变独立，以武力胁迫黎元洪解散国会，孙中山又连续通电（或单独、或联名）西南各省，呼吁拥护约法和国会，起兵讨伐北洋群逆。继而张勋公然毁弃约法，于6月13日胁迫黎元洪解散国会，7月1日，拥清室复辟，激起全国人民极大愤慨。3日，孙中山便在上海召集在沪陆海军及国民党要人讨论拥护共和、出师讨逆大计。决定在南方另行召集国会，组织临时政府。4日，孙中山致电参、众两院议员，号召议员南下护法，“以存正气，以振国纪”。当时控制广东的两广巡阅使陆荣廷为首的桂系军阀为借助护法声浪，确保两广地盘，反对段祺瑞的武力统一政策，并向湖南扩张势力，表示欢迎孙中山来粤护法。在张勋解散国会、督军团祸乱北方之际，两广宣布“自主”，表示拥护国会，以解散国会为非法，表示“不受非法内阁（指段祺瑞内阁）干涉”。7月6日，孙中山偕章太炎、朱执信、廖仲恺、陈炯明等率海琛、应瑞舰离沪南下，17日到达虎门，19日到达广州。在广东各界欢迎会上，孙中山发表演说，指出当今变乱，“实真共和与假共和之争”，认为“假共和之祸尤甚于真复辟”，只有打倒假共和，才能“得真共和之建设”。最早响应孙中山护法号召的是海军总长程璧光，他于7月4日发表讨贼檄文，痛斥张勋复辟。孙中山南下护法后，程即于21日与第一舰队司令林葆怿联名通电，提出拥护约法、恢复国会、惩办祸首三项主张，率第一舰队共十艘军舰，于8月5日到达黄埔，同行者有唐绍仪、汪精卫等。当时控制滇、黔两省的滇系军阀头目唐继尧正想向四川扩充势力，可是段祺瑞于8月6日派其内弟、皖系悍将吴光新率军入川，企图将四川控制在皖系手中。唐继尧为确保地盘，对抗段祺瑞的武力统一政策，并向四川扩充势力，于8月11日通电加入护法行列。积极响应孙中山护法号召的还有大批国会议员。由于段祺瑞打败张勋重新掌握政权后，拒绝恢复约法和国会，而采纳梁启超建议，准备另行召集“临时参议院”，重新制定国会组织法和选举法，选举新国会，以达到他取消国民党议员占优势的旧国会和废除《临时约法》的目的，从而引起旧国会议员的不满。他们响应孙中山择地另开国会的号召，纷纷南下赴粤。至8月中旬，到达广州的国会议员已达150余人。
8月18日，孙中山在黄埔公园宴请国会议员，商讨召开国会问题。考虑到来粤议员不足法定人数，决定效法法国大革命前夕第三等级代表举行国民议会的先例，召开“国会非常会议”（俗称“非常国会”）。25日，非常国会开幕。29日，非常国会通过了《国会非常会议组织大纲》21条，规定国会非常会议由现任国会议员组成，以参、众两院议员联合形式议事；国会非常会议的期限直至内乱戡定、《临时约法》效力完全恢复之时为止；护法军政府的组织大纲由国会非常会议制定并宣布。31日通过《中华民国军政府组织大纲》13条，规定中华民国为勘定叛乱，恢复《临时约法》，特组织中华民国军政府；军政府设大元帅一人，元帅三人，由国会非常会议分别选举之；《临时约法》的效力完全恢复以前，中华民国之行政权由大元帅行使，大元帅对外代表中华民国；元帅协助大元帅筹商政务。军政府设外交、内务、财政、陆军、海军、交通六部；另设都督若干员，以赞助护法之各省督军任之。为了适应护法勘乱的战争需要，军政府没有采纳《临时约法》规定的内阁制，而采取中华革命党《革命方略》中提出的党、政、军权合一的大元帅制方案，实行军事、内政、外交合一的元首制，体现了孙中山为首的中华革命党人希望通过护法运动建立本党单独执政的资产阶级革命政权的意图。9月1日，非常国会选举孙中山为海陆军大元帅，陆荣廷和唐继尧为元帅。10日，孙中山宣誓就职。在就职宣言中，他痛斥北京政府“权奸当道”，祸乱中华，废弃《临时约法》，解散国会等等罪行，表示在“艰难之际”，定“当荷戈援炮，为士卒先，与天下共击破坏共和者！”同日，非常国会通过了军政府各部总长名单，外交：伍廷芳；财政：唐绍仪；陆军：张开儒；海军：程璧光；内政：孙洪伊；交通：胡汉民；军政府参谋总长：李烈钧；大元帅府秘书长：章太炎。军政府的人事安排，体现了中华革命党人主动与西南实力派以及国民党稳健派合组护法军政府的愿望。但是陆荣廷与唐继尧等对军政府的组织原则和选举法都非常不满，因为他们所追求的是建立护国战争时期军务院那样的合议制政府，推陆荣廷为盟主，按各方实力排定座次，以实现他们称霸西南的野心。而军政府组织大纲却采取了元首制，树立了孙中山在护法政权中的领导地位，西南军阀反而成了配角，所以陆荣廷与唐继尧均不肯就元帅职。伍廷芳、唐绍仪、程璧光、李烈钧等国民党稳健派人士为求得与西南实力派的合作，也赞成合议制，故这四人也不肯就职。其他几位总长，除张开儒晚些时候就职外，也因各种原因未能就职，致使上述人事安排全部落空。于是孙中山任命了一批中华革命党的骨干和原同盟会或国民党的激进分子代理各项工作。这样，军政府实际上成为中华革命党力图领导护法运动的资产阶级政府，从而决定了它必遭西南军阀的反对而难以长期存在下去。
军政府的成立，标志着护法运动高潮的到来，也标志着南北对峙局面的形成。段祺瑞继承袁世凯武力统一中国的衣钵，决心以北洋武力镇压西南护法，挑起第二次南、北战争。其军事战略有两个重点：一是对湖南用兵以制两广，一是对四川用兵以制滇、黔。8月6日，段派出心腹大将傅良佐代替谭延闽为湖南督军；派吴光新为长江上游总司令兼四川查办使。9月9日傅良佐率军到湘后，即下令免除原同盟会会员、零陵镇守使刘建藩和驻衡阳湘军旅长林修梅的职务。18日，刘、林二人联名通电，宣告“自主”，与海军和西南护法各省一致行动。西南护法各省将湘督易人看作是北洋派进军西南的信号，桂系决定派出桂、粤联军80营援助湖南。10月3日孙中山正式下令讨伐段祺瑞等民国叛逆，护法战争拉开战幕。湘省护法军组成以程潜为首的湘南总司令部，粤、桂、湘三省护法军的总目标是会攻长沙。与此同时，段祺瑞也向北洋军下达了讨伐令，傅良佐任命第八师师长王汝贤为湘南司令、第二十师师长范国璋为副司令，分三路讨伐湘南。10月6日，北洋军和湘南护法军在湘潭西倪铺接战，护法战争正式爆发。南、北两军在湘南激战了一个多月之后，11月14日，王汝贤和范国璋（两人均为直系军阀）不愿为皖系卖命，径直通电议和，并将所部撤离衡山前线，20日护法军轻取长沙。段祺瑞对湘用兵以制两广的计划宣告失败，桂系控制了湖南。与湘、桂、粤护法军在湖南与北洋军交战的同时，唐继尧为首的滇系为对抗吴光新率领的人川北洋军，组成滇、黔联军，与孙中山派往四川的中华革命党组织的四川国民军（后改四川靖国军）相配合，与北洋军交战，于12月3日攻占重庆，赶走了段祺瑞新任命的四川督军周道刚和四川查办使吴光新。在其它各省，由中华革命党和国民党人领导组建的护法武装也相继而起，纷纷宣布与西南各省一致行动。规模较大的有湖北襄郧镇守使、鄂军第九师师长黎天才等组织的“湖北靖国军”，在襄阳宣布“自主”；前陕西警备军统领郭坚组织“陕西护法军”，在凤翔宣布“独立”。此外，在山东、河南、浙江、江苏、安徽、福建、甘肃，乃至东北等省区，都先后组织了“护法军”、“靖国军”，宣布“独立”或“自主”。护法战争的烽烟席卷了全国大部分省区。这种形势使孙中山非常振奋，他多次召集军事会议，制定了护法北伐的进兵战略：令桂、滇两军肃清湘、川北军，出师合击武汉，其他各路护法军、靖国军也与桂、滇军会师武汉，然后占领南京，大举北伐，会攻北京。
北洋军在湖南的失败是直、皖两系矛盾分裂的结果，同时又进一步激化了直、皖矛盾。直系首领、代总统冯国璋一直同皖系首领段祺瑞争夺北洋派正统地位及北京政府中央大权。护法战争打响后，冯企图借助西南军阀势力对抗皖系，因而暗中主和；且对皖系利用直系军队打头阵的部署深为不满，正因此，王汝贤、范国璋二将在前线擅自停战撤兵，打乱了皖系夺取湖南的战略部署。对此，段祺瑞极为恼火，愤而向冯国璋提出辞职。冯索性暗示号称“长江三督”的湖北督军王占元、江西督军陈光远、江苏督军李纯于18日发表联名通电，主张南、北双方罢兵休战，和平解决南、北问题。11月22日，冯免去段祺瑞国务总理职务，任王士珍为国务总理。段祺瑞内阁再次倒台，直、皖两系公开分裂。25日冯国璋颁布南、北停战令。直系北洋军阀的主和政策，在护法阵营内部引起不同的反响。孙中山始终坚持护法，反对南、北调和，他在11月18日发表对时局的声明中坚决表示：“舍恢复约法及旧国会外，断无磋商余地。”以程潜为首的湘军将领则要求乘胜攻取岳阳，巩固护法军在湖南的胜利。然而以扩张实力和地盘为目的的桂、滇两系，在分别控制了湘、川两省后，便不顾孙中山护法运动的宗旨，很快和直系军阀实行妥协。陆荣廷在11月24日，即冯国璋颁布停战令的前一日，就表示赞成“长江三督”的主和通电，带头发起南、北停战。28日又授意广西督军谭浩明以湘粤桂联军总司令名义通令响应冯国璋的停战令，命护法军“前敌各军遵照办理”。滇系军阀对和战问题采取两面派手法，一方面慷慨陈词，表示坚决护法，以敷衍孙中山；一方面又与陆荣廷沆瀣一气，彼此呼应，下令驻川滇军停战。
直系的主和政策违背皖系与北洋督军武力统一全国的既定方针，引起皖系与北洋主战派的强烈不满。在段祺瑞及其心腹徐树铮的策动下，吉、黑、奉、直、鲁、晋、陕、豫、甘、新、皖、浙、闽13省督军代表分别于1917年12月2日和1918年1月5日，连续召开两次天津会议，强烈要求冯国璋明令讨伐西南。冯被迫让步，于1917年12月15日任命直隶督军曹锟、山东督军张怀芝分别为第一、二路军总司令南下伐湘。18日任命段祺瑞为参战督办，皖系干将段芝贵为陆军总长，让皖系重掌中央军事指挥大权。1918年1月10日，又以参谋部、陆军部名义下达局部讨伐令，令北洋军进攻湖北荆州和襄阳。1月14日，吴光新率北洋军攻占荆、襄。桂系与湘军看到直系屈从主战派，也向岳阳发动进攻。1月27日护法联军攻克岳阳，俘敌1300余人。如联军乘北洋军兵力集中荆、襄之机直捣武汉，将会使护法战争出现重大转机。但桂系以保守湘境为满足，按兵不动，并提出“北不攻岳，南不攻鄂”为议和条件，从而丧失攻取武汉、会师北伐的大好时机。南军夺取岳阳后，北洋主战派反扑气焰高涨，胁迫冯国璋于1月30日下达对整个西南的讨伐令，命曹锟、张怀芝和张敬尧“即行统率所部，分路进兵，痛予惩办”。2月中旬，各路北洋军约10万人分别向湘鄂、湘赣边界进军。3月18日，北洋军“后起之秀”、署理第三师师长吴佩孚率部攻占岳阳。22日，张敬尧率第七师占领平江，长沙门户洞开，驻守长沙的联军司令谭浩明于25日撤离长沙，退守衡阳。北军军事上的胜利，使主战派气势更盛。冯国璋惊慌失措，又连发主战令。时而主战，时而主和，章法大乱，引起主战、主和两派的不满。3月19日，即北洋军占领岳阳的第二天，以曹锟为首，包括“长江三督”在内的十五省、三特区督军联名通电，要求段祺瑞重组内阁。3月23日，冯国璋被迫重任段祺瑞为国务总理，段立即组织北洋军大举南攻，护法军在湖南战场接连失利。26日，吴佩孚占领长沙。北洋政府旋即任命张敬尧为湖南督军兼署省长，命吴佩孚等部分左、中、右三路向湘南进军，并企图攻入广东。湘粤联军在弃守岳阳后采取守势，4月下旬，大部分军队撤回广东。4月24日，吴佩孚率北军中路占领衡阳，湖南大部分地区沦于北洋军之手。进攻湖南的第一路总司令曹锟及其部下、署第三师师长吴佩孚本为直系军人，挥师南下后连克岳阳、长沙、衡阳，战功最大，而段祺瑞政府竟把湘督兼省长一职授予皖派嫡系张敬尧，使曹、吴大为不满，直、皖矛盾再度尖锐。吴佩孚秉承曹锟意旨，占领衡阳后即停步不前。5月底，曹锟擅自离开汉口，回师天津。桂系陆荣廷鉴于湖南、广东均有反桂势力，又见吴佩孚实力雄厚，难于击退，便决定同吴讲和，撤回部队，力保广东，以稳定两广局面。于是，6月15日直系与桂系代表签订停战协定，息战言和。8月，吴佩孚通电主和，公开攻击段祺瑞的武力统一政策“实亡国之政策”。直系将领纷纷响应。8月下旬段祺瑞被迫命令前线各军暂取守势。
桂、滇两系军阀不仅在护法战争中勾结直系罢兵议和，破坏孙中山护法宗旨，而且还拉拢国会中的政学会分子和国民党稳健派破坏护法军政府，排斥孙中山，企图攘夺护法运动的领导权。桂系首先驱逐拥护孙中山的广东省长朱庆澜，强行收回由朱交由军政府管辖的20营亲军，引起孙中山强烈不满。1917年底，接替陈炳焜为广东督军的莫荣新竞无理拘捕大元帅府亲军连、排长各一名及卫士60余人，并拒绝孙中山的保释，诬为土匪，加以杀害。孙中山极为愤慨，1918年1月3日，毅然登上军舰，令海军炮击设在观音山上的督军署。莫荣新被迫派人言和，对孙中山表示歉忱。时人称此事件为“炮教莫荣新”。此事表明了桂系军阀对抗军政府的嚣张气焰，也表现了孙中山的大无畏精神。紧接着，1918年1月，由桂系军阀发起，成立护法各省联合会议，试图使之成为与军政府抗衡的另一政权机关。2月，又由国民党稳健派人士出面，正式提出改组军政府的主张，并拟定《中华民国军政府组织大纲修正案》七条，其中心用意在于改大元帅单独首领制为若干总裁合议制，以排挤孙中山。4月10日，滇系军阀唐继尧率先通电西南各省支持这一主张，提出护法各省现宜遥戴黎元洪或冯国璋为大总统，推岑春煊为国务总理，至于孙中山，“则宜游历各国，办理外交”。5月4日，在政学系及益友社操纵下，不顾孙中山和中华革命党议员的坚决反对，非常国会竟强行通过了《修正军政府组织法案》。当日孙中山即向非常国会提出辞呈，并发表大元帅辞职通电。他在电文中回顾了护法以来的艰难历程，愤然指出：“顾吾国之大患，莫大于武人之争雄，南与北如一丘之貉。虽号称护法之省，亦莫肯俯首于法律及民意之下。”20日非常国会选举唐绍仪、唐继尧、孙中山、伍廷芳、林葆怿、陆荣廷、岑春煊7人为政务总裁，以岑春煊为主席总裁。改组后的军政府完全由桂、滇军阀及其附庸政学会所控制，护法成为空名。孙中山看透了西南实力派名为护法、实为争夺地盘的军阀面目，认识到依靠军阀不可能达到护法救国的目的，遂于次日离开广州，前往上海。护法运动宣告失败。
