广州另组国民政府，委他为第5集团军总司令。7月18日，石友三在归德宣誓就任广州政府所委任的第5集团军总司令职，并发出讨张通电，督率各部沿平汉路北进。
7月24日，南京政府下令免去石友三本兼各职，讨石之战爆发。石友三进占石家庄，再往北推进时，即受到南北夹击，伤亡惨重。
讨张失败，多年来积累起来的老本一下蚀光了，石友三只好依附山东老友韩复榘，过着寄人篱下的寓公生活。
联共***投靠日寇
石友三和日本特务机关勾搭上，从烟台乘船潜入天津，住进了日租界，尔后组织队伍在冀东活动，为日本侵略军开辟道路。1933年5月，国民党政府与日本签订了丧权辱国的《塘沽协定》，蒋介石在华北成立冀察政务委员会，将石友三收为己用，任冀北保安司令。
1937年抗日战争爆发。1938年，石友三部受命在山东和冀南敌后抗战，石友三明白，这是蒋介石拿他作挡箭牌，为求自保，他积极和共产党八路军取得联系，并聘请共产党人张克威、张友渔任军政治部主任，吸引一些进步青年到所部充当政工人员。
1939年4月，蒋介石命亲信臧伯风带去口信：清除共产党、八路军，则华北由石友三主持。石友三即摇身一变，由联共变为***，不断派兵进袭抗日根据地，杀害抗日军民，被称为“石阎王”。
1940年3、4月，石友三率部进犯冀南八路军，损失惨重，便又为自己谋划退路：要保存实力，唯有与日伪勾结。之后，石友三积极配合日伪军，进犯八路军根据地，乘机再发展自己的势力。
河畔孤鬼遗臭万年
受石友三节制的新8军军长高树勋，因不愿进攻八路军，石友三便挑动日军袭击高部，石、高矛盾激化。石友三第69军政治部主任臧伯风及总参议毕广垣与高树勋策划，寻机杀掉石友三，以除大患。
1940年11月，石友三投敌只是时日问题，臧伯风、毕广垣、高树勋决心赶快下手。他们请出原西北军将领、时任鲁西行署主任兼游击主任的孙良诚，由他出面请石友三到高树勋部面谈，“以消除两人的隔阂”。石友三见是老长官出面邀请，便表示同意。
12月1日，石友三率1连骑兵随孙良诚到高树勋部驻地河南濮阳柳下屯。高树勋率旅长以上军官将他们迎进会议室，大家谈笑风生，共叙往事。不一会，有一勤务兵入内对高树勋说：“太太有事相请”。高树勋即离室而去，突然，四名卫兵进入会议室，将石友三架走。当天夜里，高树勋命士兵将石友三活埋于黄河岸边。