北军为掩护部队后撤，以一部兵力扼守要地黄土岭。
四月二十五日，湘粤军与扼守黄土岭之敌展开激战。赵恒惕命刘建藩部攻敌左翼，湘军第一师第二旅和马济粤军一部攻敌右翼。
同时，逼近醴陵的第一师第一旅也举旗南下，回击黄土岭。
二十七日，湘粤军发起总攻，据守黄土岭之张宗昌第六旅及李传业安武军拼死抵抗。赵恒惕亲临督战，指挥湘军从正面连续突击。
北军终于不支，遂放弃黄土岭，分别逃向萍乡、浏陽和株洲。
湘军乘势猛追，连克醴陵、株洲，前锋距长沙省城仅数十里。
经此一战，北军左路军几乎全军覆没，施从滨师仅剩七百余人，张宗昌混成旅仅剩两营，李传业安武军也死伤过半，损失槍炮子弹不计其数。
张怀芝只身逃回汉口，向攻湘军总司令曹锟诉说因张敬尧不出兵救援，致遭失败，为自己开脱。
湘军反击获胜后，刘建藩率部直扑株洲。在龙头铺遭北军伏击，指挥队伍登山作战，过徐家桥时，人拥桥断，刘建藩不幸坠河殉难，时年三十一岁。
护法军政府为纪念他的功勋，追赠他为陆军中将，后国葬于长沙岳麓山，墓门题有四个大字一一护国元勋。
张敬尧闻左翼兵败，一面急调进攻宝庆之田树勋旅退保长沙，一面令正在宁乡“清乡”的李奎元第十一师和奉军一部前往株洲阻击湘军。同时，令已于四月二十一日攻占衡陽的吴佩孚部向江东攻击，威胁湘东护法军之后路。
这时，湘军因遽失勇将，又有腹背受敌之虞，赵恒惕遂下令放弃株洲、醴陵，留李仲麟部在茶陵担任警戒，主力撤往酃县和永兴。
北军乘势逼进，田树勋旅再次攻陷宝庆，吴佩孚部连陷安仁、攸县及耒陽。至此，湖南大部又为北军所占。护法联军全部退守湘桂边界地区。
湘东反击战是护法战争中一次最出色的作战。湘军将领在岳陽失守，桂军南撤，北军气势逼人的情况下，不畏强敌。决心联合粤军，坚持实行反击作战，并能冷静地分析敌情，决定集中兵力，打敌比较薄弱之一路，这一决策无疑是正确的。
此外，在战法上，汲取了前次作战失利的教训，由单纯防御改为主动进攻。在统一指挥下，对正在运动之敌实施多路突击，攻其不备，出奇制胜。首战获捷后，又乘胜追击，不给敌人以喘息时机，从而取得了歼敌万人的重大胜利，其战斗精神和指挥艺术都是值得肯定的。
张怀芝很可笑，在湘东大败后，他便张皇失措地由萍乡退往樟树镇，又由樟树镇退到汉口。他宣称旧病复发，又称山东地方土匪猖獗，必需赶回去。他打电报给段，保举徐树铮率领奉军接防湘东，出任第二路司令。徐树铮志不在前线，坚决不就。他又保举张敬尧或是陈光远，甚至由曹锟一人身兼一二两路司令。
他的求去有两个原因，第一是在前线打仗没有把握，第二是怕他的老窠被别人抢去。因为他离开山东后，便由第五师师长张树元护理山东督军。北洋系的惯例是护理就能扶正，张树元自然不愿意张怀芝再回任。