一、雙方作戰部署
護國軍湘西一路的作戰任務，按原定計劃，系由貴州入湘，直抵沅州（今芷江）、辰州（今沅陵）地區，然後以一部兵力經新化取長沙，迫武漢，另一部取常德，規荊州以指襄陽。
雲南護國軍初定的湘西作戰預案，是以第三軍參謀長韓鳳樓率趙鍾奇的第一梯團兩個支隊入黔，與黔軍會師後攻取全湘；黃毓成率領挺進軍由黔省出湘西，直搗武漢。後由於四川、廣西的戰局發生變化，臨時改變部署１，湘西方面的作戰，主要由護國軍右翼軍東路司令王文華所率的黔軍第一、二、三團１進行。
辛亥革命以後，湖南軍隊幾經更迭，混亂複雜。1913年底湯薌銘督湘後，又對湘軍裁減整編，解散原有陸軍，按行政區劃成立六個守備區。每守備區保留陸軍若干營，設司令一人統率，負責該區防務；另成立一模範營於省城。1915年夏，又組建一暫編陸軍混成旅（旅長胡叔麒），駐長沙。雲南起義後，湯薌銘根據袁世凱的命令，將暫編混成旅調往湘西，準備與護國軍作戰。
袁世凱原打算調集重兵，經湘西取道貴州，作為進攻雲南的主要方向。後改變主攻湘西的計劃，僅命部分「征滇」部隊向湘西運動。因湘西山高林密，瘴氣襲人，陸路崎嶇難行，水路船少水枯，袁軍開進速度異常遲緩。至1916年2月上旬，抵達沅辰地區的部隊，僅有北洋第三師第五混成旅一部（原駐湘南）和第六師先遣隊四個營，兵力比較薄弱。
二、護國軍進軍湘西
護國軍東路司令王文華接受進攻湘西的任務後，早在貴州宣佈獨立之前，即率所部秘密離開貴陽，掩旗疾進。第一團經鎮遠、玉屏秘密進抵湖南晃州（今新晃）城外，第二、三兩團也分別向湘邊集結。護國軍擬分三路，從晃州、漠濱、銅仁三處突破，進攻湘西。
1916年2月2日（農曆除夕）夜，王文華所率之中路部隊乘晃州守敵（僅湘軍一連）不備，突然發起進攻。湘軍驚慌失措，稍事抵抗，便退守蜈蚣關，護國軍順利攻佔縣城。次日拂曉，護國軍繼續推進，猛攻蜈蚣關。前湘省鎮遠道尹林炳華，率湘軍一部和北洋軍第五混成旅兩營在蜈蚣關恃險頑抗。護國軍晝夜強攻，於4日下午克蜈蚣關，斃敵八十餘人。護國軍初戰獲勝，軍心振奮，王文華乘勝揮兵繼進，直逼沅州；同時令右路吳傳聲第三團由黎平、天柱攻下洪江後，立即向中路靠攏，與第一團鉗擊沅州。
吳傳聲團於2月3日發動進攻，順利攻下湘黔邊境據點漠濱、墺口，並於5日攻克黔陽（今黔城鎮），6日奪占洪江鎮後，即折赴沅州。
沅州守敵為汪學謙第五混成旅。晃州、黔陽失守，沅州首當其衝。汪學謙迭電湘西鎮守使田應詔由麻陽（今錦和）派兵救援，並哀告湘督湯薌銘說：「職旅兵單分駐，較遠炮兵，察看近日情形，竟有不幸料中之勢。各處函電紛紛告急，實難措置」１。湯薌銘手中無兵，只能以「希力持鎮定，相機因應」１等空話敷衍了事。
2月13日，護國軍第一、三團分左右兩路會攻沅州。戰鬥十分激烈，經夜不息，汪學謙部棄城而逃。14日午前，黔軍佔領沅州。在此次作戰中，團長吳傳聲不幸陣亡。
佔領沅州後，王文華令第一團二營營長胡瑛率部由沅州北進，配合銅仁方向之第二團進攻麻陽。
護國軍第二團原任團長彭文治反對起義討袁，於戰前棄職潛逃，由盧燾接任團長職務。護國軍開始進攻後，盧團由銅仁出發，連克米沙、小坡等邊界據點，逼進麻陽。時麻陽守敵僅有一營。該營以一連守城，兩連前出至距城七里的童湘溪，據險頑抗。護國軍連攻數日不下。2月8日後，袁軍第三師之第五團和第六師一個營，分別從沅州東和辰溪增援麻陽。護國軍寡不敵眾，於9日下午6時撤出戰鬥。第一次進攻麻陽失敗。16日晨，在第一團援兵的配合下，盧團對麻陽組織第二次進攻。這時，麻陽守敵因前分兵一部救援沅州，兵力減弱，經不住黔軍的猛攻，遂放棄麻陽，退守高村（今麻陽）。黔軍隨即進佔麻陽。
這時，護國軍游擊隊司令王華裔聯絡原湘西守備司令周則范起義討袁，乘正面戰場勝利之機，連克靖縣、通道、綏寧等城，敵軍退守武岡。
這一階段作戰，護國軍以敏捷的動作，連續發動進攻，所向披靡，擊潰敵人約三個混成團，攻佔湘西八座縣城。護國軍攻下麻陽後，便進行補充休整。王文華將所部擴編為四個團，分駐所佔各縣。
三、英勇抗擊袁軍反攻
湘西連失數縣，袁世凱大為驚恐，迭電催促第一路軍司令馬繼增督率各部兼程赴援。袁軍進入湘西，沿途燒殺搶掠，民怨沸騰。2月29日，馬繼增在途中暴卒２，袁世凱命第六師第十一旅旅長周文炳代理師長和第一路軍司令，繼續向湘西進發。
3月中旬，袁軍第一路軍各部陸續抵達湘西，遂分四路向黔軍反攻：盧金山第三混成旅和奉天騎兵一部由辰溪向沅州進攻；汪學謙第五混成旅和湘軍第二團由中火鋪、江口向懷化、沅州進攻；周文炳第六師由高村向麻陽進攻；劉躍龍第二混成旅和湘軍第一團由武岡向綏寧方向進攻。
3月31日，盧金山旅首先對沅州發起攻擊，繼而奉軍參戰。護國軍在沅州與敵苦戰，終因兵力單雹子彈缺乏而被敵破城。與此同時，周文炳部已逼近高村，準備攻擊麻陽。
4月2日，王文華令第三團及第一團第二營、第二團第二營由麻陽前出，在高村一線阻擊周文炳部；令第四團、第二團第一營及敢死隊數百名反攻沅州。由於袁軍重兵雲集，來勢兇猛，護國軍兵力分散，彈藥不繼，各路作戰均不順利。反攻沅州的護國軍，與敵激戰四晝夜，多次展開白刃搏鬥，殲敵四百餘人，但自己也遭巨大損失，不得不於6日退守斐家店一帶。麻陽方向，袁軍約三個混成團，於3日上午8時進攻高村護國軍陣地。護國軍頑強抗擊，至下午3時，戰力不支，遂撤離高村，退守巖門。袁軍乘勢反撲，攻破巖門，於7日陷麻陽。黔陽方向，護國軍獨立營也退守甕洞一帶。
4月7日夜，貴州護國軍奉蔡鍔電令，與當面之敵停火休戰，雙方遂成對峙狀態。
這時，湘西一帶，在護國軍湘西招撫使程潛、陳強等人發動和領導下，討袁烈火方興未艾，湘西二十餘縣都已宣佈獨立，加入護國討袁行列。此外，已於3月中旬宣佈護國討袁的桂軍，其攻湘部隊二十餘營已抵達湘南之龍虎關、黃沙河一帶，有攻取零陵，沿湘江直搗衡陽、長沙之勢。這樣，湘西袁軍已呈孤立突出之勢，其後路及兩翼受到桂軍及湘省地方討袁武裝的嚴重威脅，故在攻克湘西數縣後，開始收縮兵力，未敢深入黔境。
湘西之戰初期，貴州護國軍以勇猛的戰鬥精神，採取突然襲擊、迂迴包抄、短兵相接等作戰方法，連克湘西數縣，一度取得了戰場的主動權。旋因護國軍兵力單薄，彈藥不繼，且又分散兵力，與優勢之敵進行陣地戰，以致雖初戰獲勝而不能持久，終於在敵人重兵反攻下節節敗退。盡避如此，貴州護國軍以不足四個團的兵力，牽制了約兩個師四個混成旅的敵軍，有力地配合了四川、廣西方向的作戰，其戰績是顯著的。