1931年9月18日，日本关东军制造“柳条湖事件”，对中国东北地区发动了武装进攻。
柳条湖位于沈阳内城以北2。5公里处，在沈阳站与文官屯站之间。关东军之所以选择这个地方作为爆破地点，其原因有二：一是这里较为偏僻，便于行事；二是距东北军北大营较近，便于诬为中国军队破坏，也有利攻击。
早在1930年冬，关东军作战主任参谋石原莞尔就准备把柳条湖作为挑起武装侵略的地点。1931年春，关东军高级参谋板垣征四郎等人订出了制造柳条湖事件的概略设想。同年6月，板垣征四郎和石原莞尔将爆破任务交给了奉天特务机关辅助官花谷正少校和曾经担任张学良顾问的柴山兼太郎的助理官今田新太郎上尉，让他们负责组成爆炸铁路的秘密班子及有关事宜。不久，奉天宪兵队长三谷清中校也参与其事。
今田把工兵出身熟悉爆破技术的河本末守中尉，从独立守备队第2营第3连（驻虎石台）调到柳条湖分遣队，并当面向他下达密令。计划中决定在爆炸铁路的同时，攻击北大营，在一夜之间占领沈阳城。这一任务分别由独立守备第2营营长岛本正一中校（驻沈阳）及其所属的第1连连长小野正雄上尉（驻沈阳）、第2连连长川上精一上尉（驻抚顺）、第3连连长川岛正上尉和第2师的第29团团长平田幸弘中校（驻沈阳）、奉天宪兵队队长三谷清中校（驻沈阳）负责。
制造事件的时间本来确定为9月28日，待当地的高粮等农作物均收割完毕，便于作战。但是到9月中旬，柳条湖事件的计划在日本国内暴露。陆军大臣南次郎等派参谋部作战部长建川美次少将前来东北，转达军部不同意在近期内发动事变的意见，而建川美次是在8月间军部人事调整时担任该职的，也是参与策划在东北发动事变的人物之一。
9月15日，他在启程之前有意向参谋部俄国组组长桥本欣五郎等人泄漏军部的意图。桥本立即利用建川与板垣之间使用的私人密码本，向板垣接连发了三次密码电报。第一次说：“事暴露，立刻坚决行动”。第二次说：“在建川到达沈阳前，应坚决行动”。第三次说：“国内不用担心，应坚决行动。”
板垣接到桥本的电报后，与石原、花谷、今田等人反复研究，因得知建川预定在9月18日傍晚抵达沈阳，因此决定提前在9月18日发动事变。在作为特使制止关东军行动的建川美次被安置在菊文饭店欢宴住宿的同时，争变的准备工作也已一切就绪。
9月18日，今田新太郎告诉河本末末等人“今晚动手”，川岛连检查装备，进行全副武装演习，其他部队亦整装待发。入夜，河本带领七八名部下，将今田准备的黄色方形炸药放在距离北大营800米的铁轨接头处的两侧。是夜，“弯月挂起，高粱地里黑沉沉一片；疏星点点，长空欲坠。”
22时20分，炸药点燃，一声巨响，震荡长空，炸毁一段路轨。以爆炸声为信号、早已准备好的全副武装的日军，便向预定目标攻击，同时沈阳站附近的日军大炮向北大营猛烈轰击。23时46分，花谷正以土肥原的名义给旅顺关东军司令部发出第一份电报，谎称中国军队在沈阳北部北大营西侧破坏了铁路，袭击日本守备队，日中两军在冲突中。19日零时28分，花谷正又发出第二份电报，诡称北大营中国军队同日本守备队虎石台连正在激战，日军陷于苦战。
接到电报后，关东军司令官本庄繁、参谋长三宅光治、参谋石原莞尔等人紧急研究对策，一致认为此时是诉诸武力的“绝好机会”。本庄当即决定，按照预定的计划，迅速将主力集中到沈阳，先发制人，“惩罚”中国军队，占领东北三省。
9月18日夜，当日本侵略军突然袭击东北军驻北大营第7旅时，因王以哲旅长不在军中，参谋长赵镇藩当即一面下令全军进入预备阵地，一面给王以哲家打电话，并用电话直接向东北边防军参谋长荣臻报告。荣臻命令：“不准抵抗，把枪放在库房里，挺着死，大家成仁，为国牺牲”。敌人已从西、南、北三面接近营垣，情况非常紧急。赵镇藩就决定利用敌军前进迟滞的间隙，从南、北两面出击，以掩护非战斗部队由东面撤退。据赵镇藩回忆：
“我军与敌人激战到下半夜三点多钟，伤亡颇多……敌人已从南面突入营垣。我当即命令旅的卫队连，反击突入营垣之敌。……接着旅部前后都发现敌人，展开了巷战，我始下令突围。……在抗击敌人进攻的战斗中，第7旅的大多数军官和广大士兵都是英勇的，他们奋不顾身地抗击着装备优良、人数众多的日军的进攻，他们还不知道国民党政府已经给他们的长官下了可耻的不抵抗主义的命令，因此，他们一面反击敌人一面问：‘兄弟部队为什么不前来增援呢？’‘我们的飞机为什么不起飞参战呢？’及至撤出北大营，他们还很关心的问：‘我们几时反攻回来呢？’这说明了广大的东北军的军官和士兵是爱国的”。东北军参谋长
荣臻见事态严重，以急电向张学良告急。张向蒋介石请示。曾多次指示对日本寻衅不予抵抗的蒋介石这时却复电张学良“相应处理”。张学良虽已觉察到日军有侵犯东北的可能，但他判断错误，未料到日本会侵吞整个东北三省；同时还认为这可能是日关东军的挑衅，是局部行动，判断“日本政府会控制关东军”，“不想扩大事态”，因而遵照蒋介石９月１２日在石家庄“只有提请国际联盟主持正义和平解决”和“一律不抵抗”的指示，复电荣臻：“以尊重国联和平宗旨，避免冲突”。
而就在蒋介石和张学良指示中国军队不抵抗、幻想妥协求和之时，在旅顺的本庄繁于１９日１时２０分向关东军下达了侵占东北的战斗命令。其主要内容为：“（一）第２师团立即率师团主力向奉天集中，攻击该地中国军队。（二）步兵第３旅团长指挥步兵第４联队、骑兵第２联队警备长春，并作好攻击该地区附近中国军队的准备。（三）独立守备队司令官率守备第１、第５大队向奉天前进。（四）守备第３大队攻占营口。（五）守备第４大队攻占凤凰城与安东。（六）守备第６大队派出两个中队至奉天，归第２师团长指挥。”与此同时，还致电朝鲜军司令官，通报沈阳战况，并请求派兵支援。尔后即率关东军机关和驻旅顺的步兵第３０联队及重炮兵大队等，于１９日中午到达沈阳。
9月18日夜，日本在沈阳的驻军只有独立守备队第2营和第2师的第29团，人数仅几千人。柳条湖事件发生后，日军连夜向沈阳增兵。驻扎在铁岭的部队，于19日凌晨4时到达沈阳，配合第2营于5时30分占领北大营。
与此同时，驻扎在海城和辽阳等地的第2师所属部队及师长多门二郎也于19日凌晨5时抵沈阳，与原来驻在沈阳的第29团一起行动，6时30分占领沈阳内城。然后该师又与独立守备队采取联合行动，向距沈阳10公里的东大营进攻，日军南北夹击，东北军和讲武堂学员不战而退，中午12时许，日军占领了这个东北军的第二大营。
由于东北军绝大多数部队执行了蒋介石“不准抵抗”的命令，一夜之间，日本侵略军便轻而易举地占领了沈阳城。东北边防军长官公署、辽宁省政府、兵工厂、飞机场及一切重要军政机关和东三省官银号等悉被占领，所有驻省城的军警均被缴械。仅沈阳兵工厂，即损失步枪15万支，手枪6万支，重炮、野战炮250门，各种子弹300余万发，炮弹10万发。东三省航空处积存的300架飞机，尽力日军掠去；其唯一的金库所存现金7000万元，亦被洗劫一空。
关东军在占领沈阳的同一天，又按事先制定的作战计划，向长春以南的铁路沿线的重要城镇进行突然袭击，侵占了安东、凤城、本溪、辽阳、海城、营口、抚顺、铁岭、四平、公主岭以及其他重要城市。
长春是吉林北部的咽喉，同时也是南满铁路的终点。因此，日本侵略军要占领吉林必先占领长春，要侵占黑龙江也必须先占领长春，作为进攻的后方基地。“九一八”事变之前，驻在长春的日本军队有第４联队的２个大队、独立守备队第１大队的１个中队，总兵力仅约1000名。中国东北军在长春的部队有驻在南岭的穆纯昌炮兵团和任玉山步兵第５０团，约7000人，火炮３６门；在长春北宽城子驻有步兵第163团１个营，约650名边防军；长春城内驻有省防军700余人。中日双方兵力、兵器对比，中国军队占有明显的优势。特别是南岭的炮兵团有36门野炮，如果同时开火，则长春附近地区的日军将受很大损失。因此，日军在事变前制定作战计划，即已决定采取突然袭击的方式，一举攻占长春，并在事变前进行过多次实兵演习。可是由于东北军政当局麻木不仁，９月１８日事变的当天晚上，长春的驻军毫无戒备，都安然进入梦乡。
当日军在沈阳发动进攻时，驻长春的日军立即奉命动员。为增加日军的力量，所有的日本警察、在乡军人、青年联盟成员和“满铁”的大雄蜂会成员也都发枪待命。为集中兵力攻下长春，驻公主岭的日骑兵第２联队急行军开到长春，配合第４联队行动，对东北军的驻区采取全面围攻的态势。
日军进入的目标，首先指向对其威胁最大的驻南岭炮兵团。１９日５时，日军第４联队第２大队的２个中队接近一营驻地。此时东北军刚刚起床，当发现日军袭击时，便利用窗口进行抗击，但由于无准备、无组织，一时出现混乱。日军冲进后首先将该营１２门火炮破坏。该营战至６时４０分，突破围墙撤退。尔后日军便集结兵力，分左右两翼从北面进攻炮兵第２营、第３营。由于守军依托营防工事坚决抵抗，日军进攻受挫，被迫停攻待援。
上午１０时，从公主岭赶来增援的日军独立守备第１大队与第２大队会合后，在炮兵轰击掩护下，分左右两翼向步兵第５０团及炮兵第２营、第３营进攻。守军利用营房的窗户、通气孔等一切可以利用的枪眼猛烈还击，使日军颇有伤亡。战至下午１时，日军守备第１大队长小河原浦治中佐受重伤，其第３中队长桥本茂大尉及机枪小队长芦田芳雄少尉被击毙。东北军乘机发起反攻。日军将所有预备队投入战斗，连通信班也“展开突击”。经过几个小时的激战，东北军伤亡既重，又无后援，１５时，不得不退出南岭营房。日军以死４３人（内军官２人）、伤５５人（内军官３人）的代价占领了南岭。
日军第４联队主力向驻宽城子的独立第２３旅的１个营进攻。本拟突袭，因该营已有准备，改为强攻。激战至上午８时３０分，日军从北、东两个方向迂回进攻。营长傅冠军重伤后牺牲，士兵伤亡亦众。在日军炮火不断轰击下，守军被迫于１１时许放弃营房撤退。
长春城内驻有省防军700余人。独立第２３旅旅长兼吉长镇守使李桂林闻风逃走，驻军被日军缴械。日军于１９日占领长春，其第２师团司令部遂移至长春。２０日，海城的日军野炮第２联队的１个大队及旅顺日军步兵第３０联队均集中于长春。驻朝鲜日军也正企图越境进入东北，准备向吉林及黑龙江发动进攻。
“九一八”事变爆发后，日本军方首脑于９月１９日７时召开会议，一致赞同关东军的行动，即由陆军大臣和参谋总长分别致电关东军，电文说：“９月１８日夜以后，关东军司令官之决心和处置深合时宜，深信此乃提高帝国军队威信之举……”２０日上午，参谋总长、陆军大臣、教育总监开会，会上军部希望一并解决满蒙问题，海军也积极支持关东军。本庄繁遂于２１日晨决定进攻吉林。吉林省主席兼东北边防军副司令长官张作相因乃父殁回锦州治丧，一切军务由参谋长、省府委员熙洽代理。熙洽毕业于日本士官学校，侵占长春的日军第２师团司令多门二郎和熙洽是师生关系，熙洽与日关东军暗中早有联系，他于９月２０日派人持函到长春见多门，表示甘心卖国投降。
吉林市驻有东北军第２５旅张作舟部２个团，副司令长官公署卫队团团长冯占海所辖步兵３个营、骑兵１个营、炮兵１个营，以及迫击炮、重机枪、通信等各１个连。熙洽借口遵守蒋介石不抵抗的指示，在省政府召开军政紧急会议，不顾冯占海等人的强烈反对，命令驻省城吉林市的各部队及吉长铁路警备队分别撤出吉林市，集中在团山、龙潭一带，市内仅留少数部队与警察。
９月２１日在熙洽迎接下，多门二郎率领日军不费一枪一弹即占领了吉林。当晚，驻朝鲜日军混成第３９旅团到达沈阳，接替了防务，第１５旅团向长春集中。驻平壤的飞行第６联队的２个中队此时亦已到达沈阳东塔机场。９月２３日又侵占了蛟河和敦化。在此之前，吉林东部的延吉、珲春、汪清、和龙等县已被日军占领。２４日，日军又向辽宁和吉林西北进犯，先占通辽，继而又占新民，２５日进占洮南。这样，在不到１周的时间内，日本侵略军就占领了辽宁、吉林两省的３０座城市，并不同程度地控制了北宁、沈海、四洮、吉长、吉敦、吉海等铁路线，完成了其军事进攻的第一阶段。