遼東自衛軍自起義至９月初，４個月內經不下百次的作戰，除安東、鳳城以外，遼東25縣縣城和廣大農村完全由自衛軍掌握。為統一政令、整頓吏治，唐聚五乃於通化組織遼寧省政府。唐於９月１日就任省政府主席職，委王育文等整頓內政，以原總部參謀長英若愚率領第15路赴撫鬆、安圖、蒙江、樺甸等縣宣撫民眾，並與吉林救國軍王德林部取得聯絡，結為犄角。９月中旬，唐聚五在通化召集各路、各支隊司令開會，會議決定了進攻沈陽的計劃，以期取得沈陽根據地，再發展進攻。為方便統帥指揮，遂將所屬各路、各支隊合編為７個方麵軍。各方麵軍的總指揮及任務如下：
第１方麵軍，總指揮李春潤（第６路司令兼），由新賓取千金寨，沿安奉路攻沈陽；
第２方麵軍，總指揮孫秀岩（第16路司令兼），佯攻山城鎮，牽敵於芷山，使其不敢進窺通化；
第３方麵軍，總指揮王鳳閣（第19路司令兼），由朝陽鎮沿沈海路攻取山城鎮，向沈陽挺進；
第４方麵軍，總指揮鄧鐵梅（第13路司令兼），由鳳城沿安奉路進入沈陽；
第５方麵軍，總指揮張宗周（第15路司令兼），由寬甸攻安東，牽製日軍，使不敢躡鄧鐵梅之後；
第６方麵軍，總指揮徐達三（第８路司令兼），設防於鴨綠江沿岸，扼老嶺之險，以保通化之安全；
第７方麵軍，總指揮劉景文（第50路司令兼），由蓋平沿南滿路進攻沈陽。
自衛軍決定進攻沈陽後即自行設立礦務局、兵工廠，製造槍彈。不料進攻計劃泄露。日軍於1932年10月11日集中４個師團的兵力分３路向自衛軍各縣發動進攻：西路由千金寨進攻新賓；南路由寬甸進攻太平哨；東路出朝鮮，渡過鴨綠江，直向通化。自衛軍倉促應戰。第１方麵軍第３路康樂三部和第37路丁育昌部攻克營盤、上夾河後拆毀沈海鐵路30餘華裏，擊毀敵裝甲車１輛，斃日偽官兵300餘人，獲輜重甚多，但由於後方吃緊，停止進攻。此後雖有第５方麵軍張宗周部與日軍血戰太平哨，第２方麵軍郭景珊部大戰日軍於八道江，第３方麵軍王鳳閣部與日軍血戰於金川、輝南，第１方麵軍李春潤部與日軍會戰於新賓，第２方麵軍孫秀岩部抗敵於柳河，但由於日軍兵力強大，各路抗日軍分散孤立作戰，缺乏援助而遭致失敗。10月13日，新賓、柳河相繼失陷。15日，日軍進逼通化，遼寧救國會總部退至撫鬆，日機轟炸撫鬆，抗日義勇軍彈盡糧絕。唐聚五於19日化裝，帶數人繞道前往北平；張宗周、王鳳閣等部損失太重，決定化整為零潛伏各縣；郭景珊、李春潤、孫秀岩等率餘部退出東邊地區，轉戰他地。至1933年３月，遼東地區的自衛軍分為兩部：一部堅持遼東抗日，直到失敗。李春潤、王鳳閣、苗可秀等在作戰中犧牲。另一部則一直堅持到1937年全國抗日戰爭爆發，很多人參加共產黨領導的東北人民革命軍，編入抗聯隊伍。轉移到遼西、熱河地區的遼東抗日義勇軍在1933年春熱河抗戰時，被張學良編為第３軍團。唐聚五任軍團總指揮，張宗周、郭景珊為副總指揮，轄郭景珊（兼）、丁育昌、陳硯田、馬星恒４個梯隊。３月，張學良被迫出國後，該部被強行改編為龐炳勳第40軍補充團，由於受歧視，許多官兵潛逃，隊伍瓦解。