但这一次孙传芳不想轻易放弃，这个时候，孙传芳肯定明白，如果龙潭战败，他将难有东山再起的机会。31日早晨5时，北伐军正在部署对孙传芳部的追击计划，孙传芳部忽然对龙潭发动猛攻，尤其以水泥公司和龙潭车站的战事最为胶着。但此时何应钦和白崇禧已经在龙潭会师，随即亲临战场督师，以第一军进行迎击，以第七军的一部自龙潭沿铁道向侵入水泥公司的孙传芳部侧面压迫。战至8时，孙传芳部的反攻便宣布失败，所部纷纷向方家坝、袁家巷、花家荡、常天寺、小洲田、西老圩、舟子桥一带溃退。北伐军遂以两翼进行追击，并以顾祝同的第三师为总预备队。
到下午2时，当日参与反攻的孙传芳部除一部分逃回江北外，余部全部被北伐军歼灭。至此，龙潭之战宣布结束，孙传芳部被俘官兵三万余人，师旅长以上高级军官数十人，缴获枪械四万余支，伤亡则难以计量。而北伐军方面伤亡亦达到八千余人，是北伐以来最高的伤亡数字。但是因为俘虏的孙传芳部官兵太多，而负责押送的北伐军官兵则有限，据说每一千名俘虏只配备数名士兵，既没有火车运送，也没有给养，于是很多俘虏就趁乱逃跑，这门功课到底没有白练。
（二）
在龙潭之战结束之后，孙传芳部仓皇逃窜，其主力由六合、天长一带经扬州沿运河溃逃，一部分则向金浦线乌衣、滁州溃退，孙传芳本人则化装为士兵，乘坐小轮船抵达扬州。抵达扬州之后，孙传芳就命令第十四师师长刘士林沿江收容溃军，而以第四师、第七师、第八师及第十五混成旅等驻守扬州、高邮一带，自己则率领第十师师长郑俊彦等五六千人，经淮阴、泗阳、宿迁，向徐州溃退。至此，直系军阀最后的遮羞布也给撕掉了，所有的荣耀都化为灰烬，剩下的只是低沉的片尾曲。