杨宇霆重任总参议后，认为己方在连山之战中有必胜把握，原因是张军占据有利地形和坚固防御工事，又有河道、大海作为屏障，易守难攻，而郭军在天气严寒的情况下，尚穿秋衣作战，也必然难以持久。他对张作霖说：“大帅尽可宽心……只要我们顶得住，郭军可不战自溃。”张作霖受到激励，于是更视连山、锦州防线为“救命”防线，将他能够集结起来的四万余步骑兵全部投注于此。
张军正在前线紧张备战之际，一场百年不见的大风雪不期而至，一夜之间，连山雪深三尺，军民都被弄得十分狼狈。张学良、张作相本质上说都不是善战之人，一见这情况就慌了手脚，他们害怕自己的部队守不住连山，迅速推进的郭军在占领连山后，反而将此处作为进攻锦州的桥头堡，因而联合给王之佑发来一份命令，要他将连山一把火烧掉。事关重大，王之佑去找李杜商量，李杜看完电报后对他说：“这是发给你的命令，得你拿主意啊。”
王之佑认为不宜马上退出连山阵地，况且“连山上万居民，都是你我乡亲，能看他们在数九寒天里无家可归吗？”在王之佑的坚持下，两人决定不执行上级命令，只是通知居民疏散。
1925年12月3日，郭军到达连山，随即对张军防御阵地展开进攻。虽然郭军在实力上占有压倒性优势，但因防御工事相当坚固和完备，所以迟迟难以取得进展，同时官兵的士气也很是不振。士气不振的原因之一，是郭军内部对于反奉的意见并不一致，即便是郭松龄认为信得过的一些军官，也不能接受这种东北军自家打自家的做法。在连山作战的第一天晚上，其主力部队中就有富双英团以及其他两个营拒绝服从郭松龄的命令，乘夜脱离指挥，投奔到了张军阵营。
见郭军推进困难，张军方面便有人建议以富双英团为引导，乘机发起反攻，但张作相缺乏韬略和魄力，主张慎重行事，没有予以采纳，致使己方与制胜之机擦肩而过。
就在张学良、张作相都以为起码可以守住连山的时候，天公不作美，连山一侧的渤海结冰了。有一首东北民谚这样总结辽西的气候特点：“小雪封地，大雪封河。”按节气惯例来说，辽西当时连河面都封冻不了，何况渤海，然而在连日大风雪之后，气温逐日降低，为河海封冻创造了条件。渤海一结冰，行人可通，当天晚上，郭军便采用迂回战术，由海滨出发，在绕过张军正面防线后，潜入了左翼汲金纯师背后。
第二天拂晓，郭军前兵夹攻，对汲金纯师阵地展开猛击。身为师长的汲金纯带头乘火车逃跑，部下亦无心作战，几个小时不到，左翼阵地就到了郭军手中。左翼阵地系由张学良负责，他赶紧把预备队调上来堵“决口”，谁知又中了郭松龄的诱兵之计，预备队差点全军覆没，好不容易才逃出虎口。
左翼一垮，张作相的中路侧面全部暴露在郭军面前，张作相被迫下令全线撤退，郭军仅用两天时间便攻克了连山。
张作相和张学良急急忙忙地乘火车退至高桥镇，为了守住高桥，张学良把原驻锦州的补充旅也调过来加强防守。不久，郭军前锋进抵高桥附近，张学良嘴上说要守，其实早已胆寒，在下令将河面上的大桥炸毁后即乘车东去，补充旅旅长朱继先也不是吃素的，你跑我也跑，他也扔下部队骑着马逃走，只留下团长们在高桥指挥防守。
补充旅团长以下军官不是郭松龄的亲信就是他的学生，该团也原本便是郭松龄安在锦州的“钉子”，准备必要时里应外合，张学良、朱继先既已不在军中，他们正好阵前倒戈，投向郭军。于是作为反攻连山兼屏障锦州的重要据点，高桥又在最快的时间内丢掉了。
在连山、高桥之败中，虽然前线张军的伤亡并不是太大，但所拥有的大炮全部都被夺走了。1925年12月5日晨，消息传入奉天，张作霖大惊失色。他认为如果再无援兵增援的话，将难以抵挡“郭鬼子”攻入奉天，于是连忙致电黑吉两省，但黑吉两省都表示短时间内抽不出兵。张作霖更加慌乱，当即命令内眷收拾细软准备逃出奉天。帅府上下一通忙乱，家人们动用二十七辆汽车，才把所有家当全部送至日本南满货栈进行保存。
接着，张作霖又令副官购入汽油十余车以及木柴等，摆在帅府楼前房后，然后说：“他妈拉个巴子，郭鬼子来时，给他剩一把掉嘴的茶壶和三个茶碗还有一个掉把的，别的别想。”