1931年9月18日傍晚，日本關東軍虎石臺獨立守備隊第2營 第3連離開原駐地虎石臺兵營，沿南滿鐵路向南行進。夜22時20分左右，日本關東軍鐵路守備隊柳條湖分遣隊隊長河本末守中尉為首一個小分隊以巡視鐵路為名，在奉天（現沈陽）北面約7．5公里處，離東北軍駐地北大營800米處的柳條湖南滿鐵路段上引爆小型炸藥，炸毀了小段鐵路，并將3具身穿東北軍士兵服裝的中國人尸體放在現場，作為東北軍破壞鐵路的證據，誣稱中國軍隊破壞鐵路并襲擊日守各隊，此事件由稱“九·一八事變”。由于當時中國東北地區稱為滿洲，因此日本方面將這次事變稱為“滿洲事變”。[18] 

爆炸同時，呆在鐵路爆破點以北約四公里的文官屯的川島中隊長率兵南下，開始襲擊北大營；爆炸后，駐扎中方北大營和沈陽城的日軍兵分南北兩路，向中國軍隊駐地北大營進攻。

1931年9月18日事變發生當夜，東北邊防軍司令長官公署中將參謀長榮臻根據張學良之命，命令東北軍“不準抵抗，不準動，把槍放到庫房里，挺著死，大家成仁，為國犧牲”。次日1931年9月19日張學良在協和醫院對天津大公報記者談話時再度說：“吾早下令我部士兵，對日兵挑釁,，不得抵抗。故北大營我軍，早令收繳軍械，存于庫房”。由于執行張學良不抵抗命令，北大營8000名守軍被只有300左右的日軍擊潰。[19] 

日軍獨立守備隊向北大營進攻的同時，關東軍第2師第3旅第29團向奉天城攻擊，至9月19目10時，日軍先后攻占奉天、四平、營口、鳳凰城、安東等南滿鐵路、安奉鐵路沿線18座城鎮。長春地區的東北軍自發反擊，戰至次日，長春陷落。1931年9月21日，日軍第2師主力占領吉林。1931年10月1日，東北軍黑龍江洮南鎮守使張海鵬投敵，且奉日軍命令派出3個團進攻齊齊哈爾。1931年10月26日，關東軍第2師第29團占領四洮鐵路沿線主要城鎮。1931年11月4日，關東軍嫩江支隊攻擊嫩江橋北守軍。1931年11月19日，日軍攻陷齊齊哈爾。[20] 

張學良在事件爆發后離開奉天，帶領屬下轉移到錦州。1931年10月8日，關東軍派出12架轟炸機空襲錦州。對此，南次郎陸軍大臣依然對若槻禮次郎首相聲稱“由于受到中國軍隊的防空炮火攻擊，才不得已采取自衛行動”，此后關東軍發表公開聲明，宣稱“張學良在錦州集結大量兵力，如果置之不理，恐將對日本權益造成損害。為了盡快解決滿蒙問題，關東軍有必要驅逐錦州政權。”此后，幣原主張的國際協調主義外交政策受到了嚴重的挫折，日本越來越強硬。[21] 

黑省淪陷后，南京政府覺察日軍將進犯錦州，急令中國駐國聯代表施肇基于1931年11月25日向國聯提出劃錦州為中立區的提議。12月2日，國民黨政府就通知英、法、美三國的公使說：它同意把自己的軍隊撤出錦州和山海關，但是有一個條件，即日本要提出使法、英、美三國滿意的保證，即要求三國保證中立區的安全。有了南京政府的表態，張學良急不可待地直接與北平日本公使館參事就此事進行具體交涉。但這種交涉不僅受到南京方面的反對，而且也無法從日本方面獲得妥協的條件，日方堅持東北軍必須全數撤出錦州。[22] 

錦州中立案曝光后，遭到各界人士和學生群起反對，國民政府外交部于1931年12月4日被迫急電施肇基聲明放棄中立案，[23]  同時還表示：日軍如進攻錦州，中方將實行自衛。國民黨中央政治會 議也已就此作出決議，強調“如日軍進攻，應積極抵抗”。[24] 

可對于是否抵抗問題，南京政府與張學良之間明顯發生分歧。張明顯地傾向于和平方法解決，鐘情于“錦州中立化”方案。1931年11月29日，張學良致蔣介石密電，稱“惟個人對此（指中立案）亦頗贊成”，并在與日方代表談判之同時，開始秘密安排從錦州一線自動撤軍。此舉引起了南京政府的嚴重不安。顧維鈞于1931年12月3日電文中極力勸阻道：“兄（指張學良）擬將錦州駐軍自動撤退，請暫從緩”；后1931年12月5日顧維鈞又與宋子文聯名致電張學良：“現在如日人進兵錦州，兄為國家計，為兄個人計，自當力排困難，期能防御。”蔣介石亦于1931年12月8日致電張學良：“錦州軍隊此時勿撤退。”[25]  但張學良12月21日致電第二軍司令部：“當最近日本進攻錦州之時，我軍駐關外部隊理應防范，但若現政府方針未定時，自然不用錦州部隊進行防守，因而撤至關內”，“部隊駐地為遷安、永平、灤河、昌黎”。1931年12月25日、26日，張學良又致電國民政府，稱“錦戰一開，華北全局必將同時牽動”，屆時日本“以海軍威脅我后方，并擾亂平津，使我首尾難顧”，非但錦州不可守，連華北地盤亦不保。因此張學良不顧勸告，一意孤行將軍隊從錦州撤退。

而與此同時，1931年12月15日，關東軍已經開始進攻錦州。12月7日，日本陸軍中央部由日本本土增派混成第8旅，并從朝鮮調第20師司令部、混成第38旅、重轟炸飛行中隊以增援關東軍。12月28日，第2師主力渡過遼河進攻錦州；12月30日，混成第39旅進攻打虎山（今大虎山）。[21] 

日軍進攻錦州時，國民政府多次電令張學良抵抗，1931年12月25日，令其“積極籌劃自衛，以固疆圉”，張不遵令；張學良部隊開始從錦州撤退后，12月30日國民政府還急電令其“無論如何，必積極抵抗”[26]  ，但已經無濟于事。1932年1月3日，第20師司令部率混成第38旅占領錦州。而此時駐錦州的東北軍第12、第20旅和騎兵第3旅早已奉張學良命撤退至河北灤東地區和熱河。在張學良的一再不抵抗下日軍兵不血刃占領錦州。

1932年1月28日關東軍第3旅由長春向哈爾濱進軍，同時從遼西地區調第2師增援。當時為了轉移國際社會對滿洲的關注，日本在國際大城市上海挑起事端，引發了一·二八事變。1932年1月31日，依蘭鎮守使兼第24旅旅長李杜率吉林自衛軍進行哈爾濱保衛戰。激戰五天，自衛軍丟盔棄甲，潰不成軍，撤往賓縣。1932年2月5日日軍占領哈爾濱。[27] 

由于張學良一再堅持“不抵抗政策”，在不到半年的時間內，整個東北三省100萬平方公里的土地被日軍占領，日本對東北三省的大規模侵略強烈地震動了中國社會，一個群眾性的抗日救亡運動很快在全國許多城市和村鎮興起。