一、双方作战部署
护国军湘西一路的作战任务，按原定计划，系由贵州入湘，直抵沅州（今芷江）、辰州（今沅陵）地区，然后以一部兵力经新化取长沙，迫武汉，另一部取常德，规荆州以指襄陽。
云南护国军初定的湘西作战预案，是以第三军参谋长韩凤楼率赵钟奇的第一梯团两个支队入黔，与黔军会师后攻取全湘；黄毓成率领挺进军由黔省出湘西，直捣武汉。后由于四川、广西的战局发生变化，临时改变部署①，湘西方面的作战，主要由护国军右翼军东路司令王文华所率的黔军第一、二、三团①进行。
辛亥革命以后，湖南军队几经更迭，混乱复杂。1913年底汤芗铭督湘后，又对湘军裁减整编，解散原有陆军，按行政区划成立六个守备区。每守备区保留陆军若干营，设司令一人统率，负责该区防务；另成立一模范营于省城。1915年夏，又组建一暂编陆军混成旅（旅长胡叔麒），驻长沙。云南起义后，汤芗铭根据袁世凯的命令，将暂编混成旅调往湘西，准备与护国军作战。
袁世凯原打算调集重兵，经湘西取道贵州，作为进攻云南的主要方向。后改变主攻湘西的计划，仅命部分“征滇”部队向湘西运动。因湘西山高林密，瘴气袭人，陆路崎岖难行，水路船少水枯，袁军开进速度异常迟缓。至1916年2月上旬，抵达沅辰地区的部队，仅有北洋第三师第五混成旅一部（原驻湘南）和第六师先遣队四个营，兵力比较薄弱。
二、护国军进军湘西
护国军东路司令王文华接受进攻湘西的任务后，早在贵州宣布独立之前，即率所部秘密离开贵陽，掩旗疾进。第一团经镇远、玉屏秘密进抵湖南晃州（今新晃）城外，第二、三两团也分别向湘边集结。护国军拟分三路，从晃州、漠滨、铜仁三处突破，进攻湘西。
1916年2月2日（农历除夕）夜，王文华所率之中路部队乘晃州守敌（仅湘军一连）不备，突然发起进攻。湘军惊慌失措，稍事抵抗，便退守蜈蚣关，护国军顺利攻占县城。次日拂晓，护国军继续推进，猛攻蜈蚣关。前湘省镇远道尹林炳华，率湘军一部和北洋军第五混成旅两营在蜈蚣关恃险顽抗。护国军昼夜强攻，于4日下午克蜈蚣关，毙敌八十余人。护国军初战获胜，军心振奋，王文华乘胜挥兵继进，直逼沅州；同时令右路吴传声第三团由黎平、天柱攻下洪江后，立即向中路靠拢，与第一团钳击沅州。
吴传声团于2月3日发动进攻，顺利攻下湘黔边境据点漠滨、圫口，并于5日攻克黔陽（今黔城镇），6日夺占洪江镇后，即折赴沅州。
沅州守敌为汪学谦第五混成旅。晃州、黔陽失守，沅州首当其冲。汪学谦迭电湘西镇守使田应诏由麻陽（今锦和）派兵救援，并哀告湘督汤芗铭说：“职旅兵单分驻，较远炮兵，察看近日情形，竟有不幸料中之势。各处函电纷纷告急，实难措置”①。汤芗铭手中无兵，只能以“希力持镇定，相机因应”①等空话敷衍了事。
2月13日，护国军第一、三团分左右两路会攻沅州。战斗十分激烈，经夜不息，汪学谦部弃城而逃。14日午前，黔军占领沅州。在此次作战中，团长吴传声不幸阵亡。
占领沅州后，王文华令第一团二营营长胡瑛率部由沅州北进，配合铜仁方向之第二团进攻麻陽。
护国军第二团原任团长彭文治反对起义讨袁，于战前弃职潜逃，由卢焘接任团长职务。护国军开始进攻后，卢团由铜仁出发，连克米沙、小坡等边界据点，逼进麻陽。时麻陽守敌仅有一营。该营以一连守城，两连前出至距城七里的童湘溪，据险顽抗。护国军连攻数日不下。2月8日后，袁军第三师之第五团和第六师一个营，分别从沅州东和辰溪增援麻陽。护国军寡不敌众，于9日下午6时撤出战斗。第一次进攻麻陽失败。16日晨，在第一团援兵的配合下，卢团对麻陽组织第二次进攻。这时，麻陽守敌因前分兵一部救援沅州，兵力减弱，经不住黔军的猛攻，遂放弃麻陽，退守高村（今麻陽）。黔军随即进占麻陽。
这时，护国军游击队司令王华裔联络原湘西守备司令周则范起义讨袁，乘正面战场胜利之机，连克靖县、通道、绥宁等城，敌军退守武冈。
这一阶段作战，护国军以敏捷的动作，连续发动进攻，所向披靡，击溃敌人约三个混成团，攻占湘西八座县城。护国军攻下麻陽后，便进行补充休整。王文华将所部扩编为四个团，分驻所占各县。
三、英勇抗击袁军反攻
湘西连失数县，袁世凯大为惊恐，迭电催促第一路军司令马继增督率各部兼程赴援。袁军进入湘西，沿途烧杀抢掠，民怨沸腾。2月29日，马继增在途中暴卒②，袁世凯命第六师第十一旅旅长周文炳代理师长和第一路军司令，继续向湘西进发。
3月中旬，袁军第一路军各部陆续抵达湘西，遂分四路向黔军反攻：卢金山第三混成旅和奉天骑兵一部由辰溪向沅州进攻；汪学谦第五混成旅和湘军第二团由中火铺、江口向怀化、沅州进攻；周文炳第六师由高村向麻陽进攻；刘跃龙第二混成旅和湘军第一团由武冈向绥宁方向进攻。
3月31日，卢金山旅首先对沅州发起攻击，继而奉军参战。护国军在沅州与敌苦战，终因兵力单雹子弹缺乏而被敌破城。与此同时，周文炳部已逼近高村，准备攻击麻陽。
4月2日，王文华令第三团及第一团第二营、第二团第二营由麻陽前出，在高村一线阻击周文炳部；令第四团、第二团第一营及敢死队数百名反攻沅州。由于袁军重兵云集，来势凶猛，护国军兵力分散，弹药不继，各路作战均不顺利。反攻沅州的护国军，与敌激战四昼夜，多次展开白刃搏斗，歼敌四百余人，但自己也遭巨大损失，不得不于6日退守斐家店一带。麻陽方向，袁军约三个混成团，于3日上午8时进攻高村护国军阵地。护国军顽强抗击，至下午3时，战力不支，遂撤离高村，退守岩门。袁军乘势反扑，攻破岩门，于7日陷麻陽。黔陽方向，护国军独立营也退守瓮洞一带。
4月7日夜，贵州护国军奉蔡锷电令，与当面之敌停火休战，双方遂成对峙状态。
这时，湘西一带，在护国军湘西招抚使程潜、陈强等人发动和领导下，讨袁烈火方兴未艾，湘西二十余县都已宣布独立，加入护国讨袁行列。此外，已于3月中旬宣布护国讨袁的桂军，其攻湘部队二十余营已抵达湘南之龙虎关、黄沙河一带，有攻取零陵，沿湘江直捣衡陽、长沙之势。这样，湘西袁军已呈孤立突出之势，其后路及两翼受到桂军及湘省地方讨袁武装的严重威胁，故在攻克湘西数县后，开始收缩兵力，未敢深入黔境。
湘西之战初期，贵州护国军以勇猛的战斗精神，采取突然袭击、迂回包抄、短兵相接等作战方法，连克湘西数县，一度取得了战场的主动权。旋因护国军兵力单薄，弹药不继，且又分散兵力，与优势之敌进行阵地战，以致虽初战获胜而不能持久，终于在敌人重兵反攻下节节败退。尽避如此，贵州护国军以不足四个团的兵力，牵制了约两个师四个混成旅的敌军，有力地配合了四川、广西方向的作战，其战绩是显著的。