1931年9月18日夜，日本关东军独立守备队猛攻北大营的同时，关东军第2师团第3旅团第29联队也向奉天城发起攻击。东北军将士在睡梦中被战火惊醒，伤亡300余人。彼时张学良滞留北平，严令王以哲旅采取不抵抗政策；蒋介石当时正在江西督师围剿红军，事变次日才从外界消息得知东北突发战事。

9月19日凌晨，关东军司令官本庄繁下达全线进攻命令：调辽阳第2师主力增援沈阳；独立守备队分兵进攻营口、凤城、安东（今丹东）；其余部队进攻长春宽城子、二道沟、南岭。一万余名关东军在8小时内，控制沈阳城池、军营、兵工厂与机场，清晨6时完全占领奉天。日军入城后，掠走兵工厂步枪8万支、机枪4000挺、飞机200余架。

同一天上午10时，日军接连拿下四平、营口、凤城、安东等南满、安奉铁路沿线18座城镇，长春部分东北军自发奋起抵抗。9月20日关东军占领长春，9月21日攻陷吉林省城，东北国土快速沦丧。