1931年9月18日当夜，北大营驻守的东北军第七旅在毫无防备的情况下被打得措手不及。面对汹涌而来的日军，东北军事重地北大营此时竟然群龙无首。
　　东北最高军政长官张学良尚在北平，其当晚的去向之后详叙。东北军副司令兼黑龙江省主席万福麟也在北平，将黑龙江的军政事务交给了儿子打理。东北军副司令兼吉林省省长张作相去锦州为其父治丧，军政大权交给了参谋长熙洽。在沈阳主持军务的东北军参谋长荣臻正在三经街公馆内忙着为其父庆寿。也就是说，事发当时几乎所有的东北军政大员都不在岗位。
　　至于驻守北大营的第七旅，旅长王以哲及属下3个团长均不在军中，当时最大的领导是参谋长赵镇藩。仓促之下赵镇藩立即向旅长王以哲家打电话请示，王以哲让他直接向参谋长荣臻报告。荣臻闻讯慌忙打电话向北平报告北大营情况，据说电话接通之后张学良还未及说话就忽然中断。之前的9月6日，荣臻曾经接到过张学良发来的电报指示：“对于日人，无论其如何寻衅，我方务须容忍，不可与之反抗，致酿事端，即希迅速密令各属，确实注意为要。”由于当时得不到最新的指示，不敢擅自改变既定对日政策的荣臻给惶恐中的北大营官兵下达了这样的命令:“不准抵抗，不准动，把枪放到库房里，挺着死，大家成仁，为国牺牲。”随后又对赵镇藩强调，“这是命令，如果不照办，出了问题由你负责！”
　　就在次日也就是1931年9月19日，张学良在协和医院对天津大公报记者谈话时再度说：“吾早下令我部士兵，对日兵挑衅，不得抵抗。故北大营我军早令收缴军械，存于库房。”以张学良为首的东北地方当局在事发时对日军的进攻采取了不抵抗政策。
　　正是由于接到了这样的命令，北大营驻守部队并未做出激烈反击。第七旅三个团中有两个团按指示迅速撤走，只有王铁汉的620团未及时接到撤退命令，被迫自卫抵抗后破围而出。因为王铁汉的抵抗行为，事后蒋介石曾在召见他时称赞道：“我记得你，在沈阳北大营你做得很好！”北大营东北军精锐第7旅逾万名守军被只有500多人的日军击溃。战斗中东北军伤亡300多人，日军仅伤亡24人。
　　当日晚11：46，奉天特务机关副长官花谷正以土肥原贤二的名义给旅顺关东军司令部发出第一封电报，谎称中国军队在奉天北郊破坏铁路并袭击日本守备队，日中两军发生冲突。19日0:28，花谷正再次发出第二份电报，称中国军队与日本守备队正在激战，日军陷于苦战。
　　关东军三宅光治参谋长接到电报后，一面立即召集石原莞尔等参谋到司令部集合，一面向司令官本庄繁报告“柳条湖事件”，并请本庄司令官立即到司令部紧急研究对策。
　　在旅顺关东军司令部的作战室里，本庄繁、三宅光治、石原莞尔等人紧急磋商。早已心知肚明的石原提出：“立即全军出动，下达进攻命令”。根据当时的日本陆军规定，“无故向外国开始战斗者”司令官要被判处死刑，所以本庄司令官对于这样重大且超出关东军平时作战计划的行动犹豫不定。三宅参谋长也主张先和国内联系，看能不能通过外交途径解决。在石原“如不立即增援奉天，关东军将蒙受失败之辱”的催促下，凌晨2:00，本庄繁最后下定决心，命令关东军主力各部投入进攻奉天的战斗。一个小时之后，关东军司令部全体人员坐上火车，从旅顺前往奉天。
　　别忘了大老远跑来的建川部长。在夜里的枪炮声中，奉命前来“阻止”关东军的建川部长被“好意”的卫兵守护在旅馆客房内，以免被“暴戾”的中国军队袭击。这个“消防员”就安安静静地待在屋子里，等待外边的好消息。第二天早上，建川酒“醒”，他当然不会忘记自己此行的职责，开始找来石原等人大声呵斥，说不能在满洲闹出事来。石原的回答是“事变已经结束”。建川于是装出十分恼怒的样子和石原大吵起来，——做戏也要做足。
　　独立守备队向北大营进攻的同时，关东军第2师团第3旅团第29联队在平田幸弘大佐的率领下兵分三路向奉天城攻击。满铁沿线日军也已经接到了本庄繁司令官的命令迅速向奉天集结，支援负责攻击奉天的第29联队。惊慌失措的辽宁省政府主席臧士毅多次打电话催问日本领事，得到的答复竟然是“军人擅自行动，领事无权限制，只好请示军事当局设法制止。”从19日凌晨1时至8时，从抚顺、辽阳、铁岭、本溪、鞍山、海城、旅顺、四平、公主岭等地向奉天共发出13列军车，到达沈阳的各路日军迅即投入战斗。
　　“九一八”事变后来之所以被称为“事变”而不是“战争”，就在于事变期间根本没发生像模像样的战斗。和北大营一样，奉天城里同样是不抵抗。6000多军警除了极少数人进行了零星的抵抗之外，其余乖乖地被日本人缴了械。到19日早上6:30，城内所有的重要目标均落入日军之手。在不到12个小时的时间里，东北重镇奉天沦陷。
　　日军冲进张学良的大帅府进行疯狂洗劫。府内的珍藏完全来不及转移，张氏父子20多年来积攒的家底全部落到日本人手里，仅金条就有20多箱、银元40多箱，古玩字画不计其数。张学良晚年曾回忆说：“我从前没有别的嗜好，就是收藏字画。我有一幅王献之的字，是当年花三万块银元买的，二十九个字。现在这幅字在日本横滨博物馆。”他说这话的时候，是否忘记之前曾经说过的这一生“唯爱女人”呢？
　　就在9月18日晚，日本驻奉天领事馆领事森岛守人获知中国军队不准备抵抗的消息后，立即驰赴关东军特务机关面见板垣, 要求停止袭击，板垣当然不会接受。森岛还想再多说几句，旁边的花谷正少佐拔刀威胁：“干预统帅权者，杀无赦！”无奈的森岛只能悻悻而归。回到领事馆的森岛立即向总领事林久治郎做了报告，林久治郎向板垣通电话劝阻停火，板垣依然不听。林久治郎立刻将事变情况飞电外务省。
　　除了进攻奉天的日军之外，接到进攻命令的各路日军分别扑向各自的攻击目标。独立守备队第3大队进攻营口，第4大队进攻凤凰城、安东；第2师团第3旅团主力、骑兵第2联队、独立守备第1大队分别进攻长春、二道沟、南岭等地。至1931年9月19日10：00，日军先后攻占奉天、四平、营口、凤凰城、安东等18座城镇。长春地区的东北军自发反击，战至20日长春陷落。1931年9月21日，东北军驻吉林省副司令长官公署参谋长熙洽率部投敌，日军第2师团主力占领吉林。
　　事变发生后，接到消息的日本陆军参谋本部于9月19日早上5:30召开紧急会议研究对策。参加会议的有陆军省次官杉山元、军务局长小矶国昭、参谋次长二宫治重、总务部长梅津美冶郎、代理第一部长今村均（第一部长建川美次出差满洲）等人。会议期间再次接到了关东军司令官本庄繁的电报，要求参谋总长金谷范三紧急支持关东军的行动，给予三个师团的兵力增援。会议讨论的结果不是如何处罚那些违反军令擅自动武的人，而是一致认为关东军的决心和行动“完全得当”，接着做出了增援关东军的决定。
　　之前朝鲜军司令官林铣十郎已经破坏了“越境攻击须经天皇许可，违者死刑”的军令，擅自调动朝鲜军混成第39旅团进入中国东北援助关东军。就在9月18日当晚，两个大队的朝鲜军已经渡过了鸭绿江。

　　陆军的会议刚结束，上午10:00日本政府内阁紧急会议召开。若槻礼次郎首相劈头就问陆军大臣南次郎，“本次关东军行为真的是自卫么？”南次郎强调是中国人率先挑衅，前线的确属于关东军的自卫行动。会议上外务大臣币原喜重郎怀疑这是关东军的擅自行动，担心西方各国以《九国公约》为依据进行干预，提议通过外交手段解决争端。经过一番争论之后，内阁会议确立了“不将事态进一步扩大”的方针并上奏天皇。会议责成南次郎立即将东京的指示通知关东军。
　　下午14时，陆军三长官陆军大臣南次郎、参谋总长金谷范三和陆军教育总监武藤信义再度召开开会，会议决定接受阁议“事态不扩大”的方针。金谷范三甚至提出“恢复事件前状态”的建议。但三长官会议的决议立即遭到陆军中层少壮派军官的强烈反对，今村均大佐公开叫嚣：“既出之矢，岂有中途返回之理，对前方军队士气实为大打击也。”极力反对恢复事件前状态。9月20日，参谋次长二宫治重、陆军省次官杉山元和教育总监部本部长荒木贞夫再度开会，支持少壮派军官的意见，反对陆军“旧态复归”。
　　同一时间日本内阁政府也在开会，会议再次主张不再扩大事态，立即约束关东军的行为。对于解决事态的具体方法，陆军大臣南次郎强硬主张维持现状进行和谈，而外务大臣币原喜重郎则主张解除对现有东北城市的占领再谈和平解决，内阁会议闹成了一锅粥。首相若槻礼次郎强烈怒斥前线这种无法无天的违纪行为，但陆军方面却极力维护，南次郎甚至以辞职相威胁，——辞职就意味着内阁的垮台。在陆军的巨大压力之下，内阁无奈做出了对关东军、朝鲜军行动给予补充认可的决定。
　　9月22日，日本驻国际联盟代表芳泽谦吉恶人先告状，先于中国向国联通报日本和中国在满洲发生冲突，并称日本政府已采取了所有可能措施避免这一地方事件的升级。同日币原外相对中国政府驻日公使蒋作宾说：“陆军愿吞并东三省，余则视为吞一炸弹。”9月24日日本政府对外发表的声明中虽然将事变责任推给中方，但也表示会将军队“大体撤回并集结于铁路附属地内”，辩称“帝国政府在满洲并无任何领土欲望”。不管声明所言是否为其内心真实说法，至少说明日本政府在事变前后还是保持了相对谨慎的态度。
　　会后，陆军省和参谋本部向关东军传达了内阁政府“不将事态进一步扩大”的指示。可笑的是在要求“停止行动”的同时，还高度赞扬关东军的“决心和措施是适当的”、“提高了日军的威望”，其含义不言而喻。深知军部用意的桥本欣五郎立即密电板垣：“参谋本部停止军事行动的命令是应付内阁会议的表面文章，其用意并不是要你们真正停止活动。”有了这样的内线，关东军根本无视政府的决定，以自卫为名不断四处扩大战线。
　　关东军在满洲的各路进攻可谓势如破竹。1931年10月1日东北军黑龙江洮南镇守使张海鹏投敌，随即反转枪口随日军命进攻齐齐哈尔，10月16日在嫩江桥被黑龙江省守军击退。10月26日，关东军第2师团第29联队占领四洮铁路沿线主要城镇。11月4日，关东军嫩江支队攻击嫩江桥北守军，黑龙江省代主席马占山指挥所部万余人顽强抵抗，蒋介石随即宣布去掉“代”字，任命马占山为黑龙江省主席。战至11月18日，由于日军不断增援，马部终因实力不济而弃守齐齐哈尔撤往克山、海伦。1931年11月19日，日军攻陷黑龙江省首府齐齐哈尔。