起義軍進佔岷州、洮州以後，張廣建和趙倜擬定了「洮岷圈制」計劃，佈兵於河州（今臨夏東）、狄道、渭源、鞏昌（今隴西）、漳縣、伏羌、安定等處，「意在以有定制無定，以圍兵作剿兵」１，「並嚴飭各將領據險扼堵」，一遇起義軍便立即進攻。根據這一計劃，趙倜所率之八營毅軍及忠毅軍統領馬忠孝所率之五營馬隊，於5月27日進駐鞏昌一帶，與建威軍統領吳炳鑫所部二千人會合；陶雲鶴所率之北洋陸軍第十五旅和另一個團，於6月1日分別進抵狄道、安定；焦大聚、金承蔭所部由禮縣經岷州西進，與提督馬安良所部扼守河州東境及南境，防止起義軍西趨青海；另調秦州之張聯升旅扼守西津，防止起義軍回走階州。張廣建準備親赴狄道指揮。5月底6月初，「西路剿匪督辦」陸建章所率之北洋軍第十一、十三、十四等旅，先後抵達陝、甘邊境駐防，陸建章坐鎮西安指揮。
起義軍自作出回豫決策後，即於5月末從洮州出發，經漳縣、寧遠趨秦州。前隊由白朗率領，後隊由李鴻賓、孫玉璋、尹老婆等率領。6月1日，後隊進至漳縣時，焦大聚、張聯升、吳炳鑫所部分右、中、左三路前來阻截。左路吳炳鑫部先與起義軍接戰，焦大聚等部也相繼趕到，實行夾擊。起義軍英勇抵抗，但因彈藥不繼，傷亡約二千人，馬匹槍支丟失甚多，隨即渡渭河東走。2日晨，又在寧遠西北三十里之鴛鴦咀遭張聯升部截擊，部隊分成兩路，一路強行突破張部封鎖與先過寧遠之前隊會合，東走伏羌，一路從小道越過寧遠南之灘歌鎮迂迴東進，奔向秦州方向。兩路會合後，再克秦州，並北渡渭河，於6月4日攻佔秦安。起義軍經過英勇作戰，付出了相當的代價，終於粉碎了敵人的「洮岷圈制」計劃，突破了敵人的第一道防線。
此時，陸建章已經以寶雞為中心，將十一、十三、十四旅和石振聲旅部署在北至長武、南至鳳縣一線，在陝甘地方武裝配合下，作好了堵擊起義軍的準備。陸建章還下令川軍司令彭光烈、二十五團團長王茂元加強階州方向的防禦，防止起義軍南下入川；同時派十三旅二十六團步兵一營、騎兵一連，輕裝兼程，由武功向麟游、靈台、崇信、華亭之小道間活動，隨時準備追擊起義軍小鄙突圍部隊。當得悉起義軍於6月7日進佔秦安以東之清水縣後，陸又令二十六團由崇信改道速赴寶雞東河，令平涼護軍使張行志加派步隊一營駐守華亭，增派馬隊扼守張家川兩側；令鳳縣之二十五團嚴密扼守鳳縣至寶雞一段隘口，從南北兩翼加強寶雞正面防禦。
起義軍攻破清水後，每晝夜急行軍一百七十餘里，直趨陝西寶雞。而趙倜之尾追部隊每晝夜行軍一百四十餘里，「已勞頓不堪任戰」。這就便於起義軍集中全力對付正面堵截之敵。6月9日，起義軍在寶雞以北五六里處，與張敬堯十一旅所屬之夏文榮二十三團展開激戰，突破該團防禦陣地，越過寶雞防線。起義軍隨即南渡渭河，進至郿縣（今眉縣）東南之青花鎮附近。繼又日行百餘里，乘勢東進，10日克盩厔13日逼近西安，後又南下進入子午鎮一帶山地。十四旅之何乃中團急赴該地堵截。起義軍向該團發起猛攻，終於突破險關，轉向孝義、鎮安方向。6月14日，陸建章派出兩路追擊隊伍：西路步隊兩營、馬隊一連，由子午谷跟蹤追向鎮安；東路步隊兩營、馬隊四百人，由大峪口繞赴商縣。起義軍繼續兼程前進，於17日攻克鎮安。至此，又突破了敵人重兵設防的第二道防線。
當起義軍突破寶雞防線後，陸建章急命幾個主力旅轉頭東追，並要趙倜等速到西安商談「追剿」計劃；同時，致電袁世凱，請求增調部隊，結果受到袁嚴厲斥責。袁還令其將未能堵住起義軍的二十三團團長夏文榮等「從嚴參辦」，以「振刷士氣」。
起義軍攻佔鎮安後，陸急忙向袁報告：東路已增派毅軍三營，西路增派十一旅步隊五營，分別由趙倜、張敬堯率領，於6月19日出發追擊；張聯升所部三營於21日由子午谷、孝義、藍田之間的小道前進。起義軍於21日進佔山陽，直趨荊紫關後，陸又向袁報告趙倜的追軍已於24日抵龍駒寨。當時，南陽鎮守使吳慶桐見起義軍日益接近豫省邊境，也向袁世凱報告：在荊紫關只有田作霖的巡防隊四營，最多只能另調兩營加強該方向的防禦。上述情況表明，當時尾追之敵，距起義軍少則有一至兩天，多則有三至四天的路程，正面堵截的兵力又相當薄弱，這就為起義軍突破荊紫關防線提供了有利的條件。盡避袁世凱下令「萬勿使匪逼近荊關」１，而起義軍終於在6月下旬先後越過荊紫關防線，進至豫西地區。6月26日，宋老年等率起義軍一部在陝豫邊之富水關與劉鎮華的鎮嵩軍惡戰一晝夜後，從西坡一帶各山口進入河南，30日返抵內鄉縣境，繼又進入魯山縣的娘娘山。白朗則率主力數千人沿丹江東進，於29日越過荊紫關以北數十里之西坪，逕赴魯山山區。
起義軍經連續苦戰，先後突破岷洮、寶雞、荊紫關三道防線，返回豫西地區，應該說是又一次重大的勝利。但在此時，起義軍內部由農民的狹隘性而產生的宗派和鄉土觀念，迅速地氾濫起來，竟出現了不可克服的離心傾向。起義軍一回河南，便分別由大小八頭帶著，多則上千人、數百人，少則數十人，漫無目的地各自返鄉。另有不少戰士請假探家，結果多數去而不返。
起義軍的離散，給反動武裝提供了各個擊破的機會。袁世凱為了鎮壓分散的起義武裝，不僅集中了河南趙倜的毅軍、劉鎮華的鎮嵩軍、張錫元師和成慎旅、田作霖的巡防營以及豫西的地主武裝，還指令張敬堯旅和駐湖北的劉佐龍旅，總兵力二萬餘人，全力以赴，進行「搜剿」。他令各部「分派隊伍扼守各處要口，另抽撥精銳支隊，多購眼線偵探，隨處分投搜捕」，「遇匪巢穴，酌量焚燬」２；對於「視匪如家人，視兵如仇仇」的地區，則「分駐重兵，清鄉嚴洗」，實行滅絕人性的燒殺政策，迫使起義軍「無巢可回，無地可居」１。北洋軍與河南地方武裝先在鄧州、葉縣、魯山、寶豐、汝州等地進行圍山「搜剿」，後又集中兵力「搜剿」分散活動在魯、寶、郟、汝山區和裕、舞、泌山區的起義軍。當地的地主武裝，強迫群眾攤款出丁，實行聯防，進行「清鄉」。過去起義軍經常活動的娘娘山、檀木溝、老母庵、母豬峽等山區，雖然地勢險峻，但回旅餘地很校在重兵壓境的情況下，分散活動於上述山區的小鄙起義武裝，由於各自為戰，互不協同配合，傷亡不斷增加，糧彈日益減少，終於有的被擊潰，有的「棄械藏匿，改裝潛逃」，自行潰散了。
白朗返豫後，先率數百人於7月初在葉縣西北的平頂山一帶活動，7月8日，在鵝莊、新店遭敵截擊，部隊損失較大。繼在魯、寶、郟、葉諸縣山區流動游擊，後又率五六十人轉移至寶豐、汝州兩縣交界的虎狼爬嶺。8月8日，反動武裝將該山層層包圍，白朗率餘部在山北三里寨憑險抵抗。「圍剿」軍進攻兩晝夜，未能破寨，便集中炮火轟擊。不少起義軍戰士負傷犧牲，鮮血染紅了三里寨。在糧斷水盡，子彈所剩無幾的情況下，白朗決定率倖存的二三十人於黑夜突圍。當行至南山坡時，與汝州民團百餘人遭遇，白朗不幸中彈犧牲，餘部各自星散。至此，這支曾使反動派惶恐不安的農民起義武裝完全失敗了。