黎元洪的密使覃壽衡到了天津，先找到張國淦，把黎的命令交給張，請張相機行事。張立刻袖了去見段，他不先把黎的命令拿給段，卻先勸段趕快部署討伐張勳，段說：「我用什麼名義來號召呢？」張於是乘機把黎的命令拿出，段一看到黎元洪三字，立刻就沉下了臉，氣沖沖地說：「局勢變成這樣，都怪他無能，他今天還能夠算總統嗎？他已免了我的職，憑什麼我還要接受他的命令？我難道不可以叫幾個軍人通電推戴我舉兵。」
張見段很激動，乃慢吞吞地說：「他今天仍然還是總統，張勳叛逆我們要號召軍隊討伐他，如果我們不依正軌而行，不接受總統命令，行使合法職權，其後果是很嚴重的。因為軍人的推戴是不合法的。今天靠軍人推戴，亂平後大家恃功而驕，豈不是搬石頭打自己的腳？何況所能取得的軍人擁戴，不過是北方几省，西南方面仍是承認黎總統，一定不予支持，所以意氣之爭一定要平息，仍應承認黎為合法總統，使您的任命合法。」張國淦這番話說動了段。於是段接見了黎的密使，也接受了黎的命令。
段受命出山「勤王」後，立即部署一切。雖然徐樹錚等都主張段在事前放縱張勳搞復辟，迨其舉事，然後自己以再造共和及再造民國為己任，可是卻沒有拿出一個具體辦法來，所以張勳復辟後，段對於他要對張勳用兵，卻沒有詳細的計畫。他第一著想就近找直隸省長朱家寶和天津警察廳長楊以德，請他們協助討逆，不料這兩個人認為段已失勢，所以不理段。於是段便想自己去南京找馮國璋共商討伐張勳，有人也認為不可行，第一兵貴神速，如果時間一拖，參加復辟的人員一多，局勢便難控制了，找馮等於找遠水來救近火；第二馮的態度尚不可知，如果馮附和復辟，豈不是自投羅網，變成了馮的政治俘虜；第三此行如果順利，說動馮討逆，則馮功居首，馮便成為北洋系的唯一領袖了。段一聽大為感動，遂中止南行。
於是段和親信智囊再三研究後，決定就近取材，從河北省京畿附近找軍隊，目標是駐馬廠的第八師長李長泰部和駐廊房的第十六混成旅馮玉祥部，以這兩支部隊作為討逆軍的基本武力，同時和在保定的直隸督軍曹錕連絡。李長泰和馮玉祥在北洋軍中都不是屬於段派（皖系）的，而是比較接近直系的軍隊。他們平日和段關係很冷淡，於是段乃以名利搖動李、馮。李長泰最怕太太，段乃派人送錢給李的太太，把太太說服，由太太去命令她的「忠實丈夫」，果然李長泰乖乖地聽話；而對馮玉祥則許以師長地位，馮也聽命；對曹錕則許以未來副總統，曹正因為復辟後張勳把他降為直隸巡撫，由張勳自任北洋大臣兼直隸總督而大感不快，所以他也答應參加討伐張勳。
段在進行軍事組織時，外交上遭遇到一點困難，原來根據《辛丑條約》，天津附近20里是不許駐軍的，這對於討逆軍很不方便，幸而和日本有密切關係，日本方面且派青木中將幫助段策劃軍事，借給軍費100萬元，同時日本公使在公使團會議中建議中國在討逆時期，各國勉強同意中國軍隊有行軍及運輸的自由。7月2日晚9時，段祺瑞偕同梁啟超等馳抵馬廠，馬廠在天津以南。當晚段分別和各將領密談，進行說服和協調工作。7月3日上午8時第八師司令部舉行組織討逆軍軍事會議，會議中公舉段祺瑞為討逆軍總司令，慷慨誓師。段以急速行動組織了這個司令部，派段芝貴為西路討逆軍總司令，以梁啟超、湯化龍、徐樹錚、李長泰為討逆軍總部參贊，靳雲鵬為總參議。
段祺瑞在財政上除了日本支援以外，舊交通系也予以支持，曾在交通銀行預借軍餉200萬元。
6年7月4日，段祺瑞以討逆軍總司令名義發出討伐張勳的通電：
「天禍中國，變亂相尋，張勳懷抱野心，假調停時局為名，阻兵京國，至七月一日，遂有推翻國體之奇變。竊惟國體者，國之所以與立也，定之匪易。既定後而復圖變置，其害之於國家者，實不可勝言。且以今日民智日開，民權日昌之世，而欲以一姓威嚴，馴伏億兆，尤為事理所萬不能致。民國肇建，前清明察世界大勢，推誠遜讓，民懷舊德，優待條件，勒為成憲，使永避政治上之怨府，而長保名義上之尊榮，宗廟享之，子孫保之。歷考有史以來二十餘姓帝王之結局，其安善未有能逮前清者也。今張勳等以個人權利慾望之私，悍然犯大不韙，以倡此逆謀，思欲效法莽、卓，挾幼主以制天下，竟捏黎元洪奏稱改建共和，諸多弊害，懇復御大統，以拯生靈等語，擅發偽諭。橫逆至此，中外震駭。若曰為國家耶，安有君主專制之政，而尚能生存於今之世者？其必釀成四海鼎沸，蓋可斷言。而各友邦之承認民國，於茲五年，今覆雨翻雲，我國人雖不惜以國為戲，在友邦則豈能與吾同戲者。內部紛爭之結局，勢非召外人干涉不止，國運真從茲斬矣。若曰為清室耶，清帝沖齡高拱，絕無利天下之心，其保傅大臣，方日以居高履危為大戒，今茲之舉，出於迫脅，天下共聞，歷考史乘，自古安有不亡之朝代？前清得以優待終古，既為曠古所無，豈可更置諸嚴牆，使其為再度之傾覆以至於盡？祺瑞罷斥以來，本不敢復與聞國事，惟念辛亥締造伊始，祺瑞不敏，實從領軍諸君子後，共促其成。既已服勞於民國，不能坐視民國之顛覆分裂，而不一援。且亦曾受恩於前朝，更不忍聽前朝為匪人所利用，以陷於自滅。情義所在，守死不渝。諸公皆國之干城，各膺重寄，際茲奇變，義憤當同。為國家計，自必矢有死無貳之誠，為清室計，當久明愛人以德之義。復望戮力同心，戢茲大難，祺瑞雖衰，亦當執鞭以從其後也。敢布腹心，伏維鑒察。」
同日討逆軍總司令段祺瑞發表「討逆檄」，全文如下：
「討逆軍總司令段祺瑞，謹痛哭流涕申大義於天下曰：嗚呼，天降鞠凶，國生奇變。逆賊張勳，以凶狡之資，乘時盜柄，竟有本月一日之事，顛覆國命，震擾京師，天宇晦霾，神人同憤。該逆出身灶養，行穢性頑，便佞希榮，漸躋顯位。自入民國，阻兵要津，顯抗國定之服章，焚索法外之餉糈，軍焰兇橫，行旅裹足，誅求無饜，私橐充盈，凡茲稔惡，天下共聞，值時多艱，久稽顯戮。比以世變洊迫，政局小紛，陽托調停之名，明為篡竊之備，要挾總統，明令敦召，遂率其醜類，直犯京師。自其啟行伊始，及駐京以來，屢次馳電宣言，猶以擁護共和為口實。逮國會既散，各軍既退，忽背信誓，橫造逆謀。據其所發表文件，一切托以上諭，一若出自幼主之本懷，再三臚舉奏摺，一若由於群情之擁戴，夷考事實，悉屬愆當日是夜十二時，該逆張勳，忽集其凶黨，勒召都中軍警長官二十餘人，列戟會議，勛叱吒命令，迫眾雷同。旋即挈康有為闖入宮禁，強為擁戴。世中堂續，叩頭力爭，血流滅鼻。瑜、瑾兩太妃，痛哭求免，幾不欲生，清帝孑身沖齡，豈能御此強暴，竟遭誣脅，實可哀憐。該偽諭中，橫捏我黎大總統、馮副總統及陸巡閱使之奏詞，尤為可駭。我大總統手創共和，誓與終始，兩日以來，雖在樊籠，猶疊以電話手書，密達祺瑞，謂雖見幽，決不從命，責以速圖光復，勿庸顧忌。我副總統一見偽諭，即賜馳電，謂被誣捏，有死不承。由此例推，則陸巡閱使聯奏之虛構，亦不煩言而決。所謂奏摺，所謂上諭，皆張勳及其凶黨數人密室篝燈，構此空中樓閣，而公然騰諸官書，欺罔天下。自昔神奸巨盜，勸進之表，九錫之文，其優孟兒戲，未有若今日之甚者也。
該逆勛以不忘故主，謬托於忠愛。夫我輩今固服勞民國，強半皆曾仕先朝，故主之戀，誰則讓人？然正惟懷感恩圖報之誠，益當守愛人以德之訓。昔人有言：長星勸汝一懷酒，世豈有萬年天子哉。曠觀史乘，迭興迭仆者，幾何代，幾何姓矣，帝王之家，豈有一焉能得好結局。前清代有令辟，遺愛在民，在厚其報，使繼續之者不復家天下而公天下，因得優待條件，勒諸憲章，礪山帶河，永永無極。吾輩非臣事他姓，絕無失節之嫌，前清能永享殊榮，即食舊臣之報，仁至義盡，中外共欽。今謂必復辟而始謂忠耶？張勳食國民之祿，於茲六載，必今始忠，則前日之不忠敦甚？昔既不忠於先朝，今復不忠於民國。劉牢之一人三反，狗彘將不食矣！謂必復辟而始為愛耶？凡愛人者，必不忍陷人於危，以非我族類之嫌，丁一姓不再興之運，處群治之世，而以一人為眾矢之的，危孰甚焉！張勳雖有天魔之力，豈能翻歷史成案，建設萬劫不亡之朝代？既早晚必出於再亡，及其再亡，欲求復有今日之條件，則安可得？豈惟不得，恐幼主不保首領，而清室子孫且無噍類矣。清室果何負於張勳，而必欲藉手殄滅之而後快？豈惟民國之公敵，亦清室之大罪人也！
張勳偽諭，謂必建帝號，乃可為國家久安長治之計。張勳何人，乃敢妄談政治。使帝制可以得良政治，則辛亥之役何以生焉？博觀萬國歷史，變遷之跡，由帝制變共和而獲治安者，既見之矣；由共和返帝制而獲治安者，未之前聞。法蘭西三複之而三革之，卒至一千八百七十一年確立共和，國乃大定，而既擾攘八十年，國之元氣，消耗盡矣。國體者，臂猶樹之有根也，植樹而屢