袁世凯死后，北洋军分裂为以段祺瑞为首的皖系、以冯国璋为首的直系、以张作霖为首的奉系。当时，北洋政府是中华民国被国际社会所承认的合法政权，取得北洋政府的领导权意味着可以获得关税收入和外国贷款。因此，三系最重要的争夺目标是北洋政府的控制权。在整个军阀割据时期，北洋政府的控制权经历了从皖系到直系再到奉系的更迭。
1916年至1920年为皖系控制北洋政府的时期。在第一次府院之争中，作为总理的段祺瑞与总统黎元洪（革命党人）矛盾重重。在张勋复辟之后，黎元洪在段祺瑞的压力下被迫下台，总统职位由冯国璋续任。在之后的第二次府院之争中，段祺瑞与冯国璋在对护法运动和西南军阀的意见上不合，段祺瑞和冯国璋两人于1918年10月共同下野，由段祺瑞控制的安福国会选出徐世昌接任总统一职，而段祺瑞则通过安福国会在背后操纵政权。
1919年12月，冯国璋去世，直系军阀开始由曹锟领导。由于曹锟落选副总统、吴佩孚反对安福国会，直皖矛盾激化。1920年4月，曹锟与奉系等八省军阀结成反皖同盟；同年7月，直皖战争爆发，直系和奉系获胜。战后，安福国会被解散，其主要成员的徐树铮、王揖唐、段芝贵等10人被通缉，皖系势力被严重削弱，从此一蹶不振。
然而，直皖战争后，直系与奉系由于战果分配问题发生摩擦，第一次直奉战争于1922年爆发，张作霖被击败，退出关外，直系取得北京政权。1923年6月，曹锟通过贿选当选总统。1924年，为了反对直系的领导地位，奉系联合皖系残部和孙中山的广东军政府共同讨伐直系，第二次直奉战争爆发。直系将领冯玉祥受张作霖之子张学良五十万献金，遂倒戈，发动北京政变，囚禁曹锟，导致直系溃败。然而，冯玉祥与奉系的合作并未长久。北京政变后，冯玉祥邀段祺瑞和孙中山进京，并改编其部为国民军，坐镇北京，与奉系分裂。
1925年，败将吴佩孚发动反奉战争，驱逐苏皖等地的奉系势力。1926年，张作霖联合日本势力挥师南下入关，冯玉祥退出北京至昌平南口防守，奉系占领京城。此时，张作霖与吴佩孚实现了直奉联合，组成“讨赤联军”，将冯玉祥的势力赶至绥远。然而事后，张作霖并未给予吴佩孚好处，北洋政府自此之后一直都被奉系所控制，直到北伐结束。
1926年7月，蒋中正开始北伐战争，吴佩孚被击败，从此一蹶不振。冯玉祥、阎锡山等人加入国民革命军。1928年6月4日，张作霖撤离北京，退往关外，被日本关东军在皇姑屯炸死。6月8日国民革命军进入北京。12月29日，张学良宣布东北易帜，统一到南京国民政府。军阀割据时期结束。