其實，日軍於1933年就在哈爾濱設置了細菌戰秘密研究所——後來的關東軍防疫給水部總部（通稱為石井部隊），開始設置在哈爾濱市東南方的拉賓線上的小站背陰河，為了保密，又稱作“加茂部隊”， 後來，為掩人耳目又改稱“東鄉部隊”，到1938年初已變成一支大規模的秘密部隊。
1938年6月13日，日軍將距哈爾濱市中心區往南約20公裏地區，當時稱作濱江省平房鎮，劃定為關東軍的軍事特區，在平房附近有三屯、四屯和五屯三個村落，軍事特區大致設在這三個村落的中心位置，成為滿洲731部隊所在地。
在約6平方公裏、禁止入內的寬闊軍事特區內，日軍花費了一年多的時間，建設大規模軍事設施，設施包括宿舍群、發電站、鐵路支線、訓練設施、平時可關押8000-50000人的監獄、大大小小的許多研究室、訓練用的馬場、大禮堂、運動場和神社，軍事特區周圍是架設著高壓電線的土牆和壕溝。
1938年７月９日，蘇聯十幾名士兵在張鼓峰山頂西側（即偽“滿洲國”一側）構築陣地工事，到７月11日人數增加到40多名。７月15日，３名日軍在防川兩名向導帶領下，帶照相機、望遠鏡，潛入張鼓峰附近蘇聯控製的一側，繪製和拍攝蘇軍軍事設施時被蘇軍發現，一名日軍被蘇軍擊斃，其餘人慌忙逃跑，此事端立刻成了雙方衝突事件的導火索。
張鼓峰位於吉林省琿春市敬信鎮防川村北1.5公裏的中俄國界線上，海拔155.1米，按照清代和民國初年中國方麵的地圖，以及沙皇時代的俄國地圖，張鼓峰為中國琿春轄境。
７月29日上午，日軍又發現約有10名蘇軍在張鼓峰以北兩公裏的沙草峰構築陣地工事，日方認為這屬無理挑釁，於是，便集結在圖們江對岸朝鮮慶興、阿吾地的日軍第十九師團，於７月30日晚間渡過中朝界河圖們江，以兩個大隊的兵力，在炮火的掩護下，向張鼓峰和沙草峰的蘇軍發起進攻，並於７月31日淩晨，日軍占領了張鼓峰和沙草峰。
蘇軍豈能善罷甘休，為奪回陣地，動用了飛機、坦克和大炮，對張鼓峰進行猛烈的攻擊。與此同時，還不斷出動飛機轟炸朝鮮慶興、高邑等地的日軍增援部隊，蘇軍封鎖了圈河中朝大橋，蘇聯海軍又封鎖了圖們江口。
日軍後方被蘇軍封鎖後損失慘重，無力繼續作戰，於８月10日，日蘇在莫斯科締結張鼓峰停戰協定。至此，曆時13天的張鼓峰戰役宣告結束。
張鼓峰事件後，日偽當局強令防川、沙草峰、陽關坪、會忠源等地的140多戶農民全部遷出，將這一帶劃為禁區，同時又在防川附近的圖們江上立樁堵江，封鎖了圖們江航道，從此，中國利用圖們江航道的出海的正當活動被迫完全中斷。
蘇方占據了張鼓峰和沙草峰後，在陽關坪一帶，將其控製地區推進到圖們江邊，僅留一條通往防川的小通道，張鼓峰之役的失利和隨後的諾門罕戰役的慘敗，給了當時日本軍方信心極大的打擊,以致於取消了原打算進攻蘇聯的西進計劃，轉而把戰略重點放在中國內陸沿海和中原地區，以及太平洋戰場。
就在張鼓峰事件之後沒過多久，日蘇軍隊又在中國東北與蒙古接壤地區的邊境屢屢發生衝突，1939年5月12日，日、蘇軍隊在哈勒欣河附近的諾門坎地區發生大規模的激烈交戰，此事件也稱哈勒欣河事件。
1939年5月12日關東軍指使“滿洲軍”進攻諾門坎附近的蒙古人民共和國駐軍，挑起諾門坎事件。7月1日日軍出動第23師團和130架飛機侵入諾門坎，遭到蘇聯軍隊的猛烈回擊，異常慘烈的戰鬥進行三日，日軍遭受重創而被擊退。
日軍不甘心失敗，於7月23日再度組織部隊卷土重來，實施瘋狂的報複進攻，結果被早已嚴陣以待的蘇聯軍隊打得落花水，僅一天功夫就被擊潰敗逃。
為了給日軍致命一擊而消除隱患，8月20日朱可夫將軍指揮蘇蒙聯軍，在坦克、重炮、飛機掩護下發起總攻擊，結果日軍遭到裝備優良的蘇軍的重創，死傷1萬7千餘名，第23師團幾乎全軍覆沒。
23日《蘇德互不侵犯條約》訂立，9月3日，日本大本營強令關東軍停止作戰行動並撤換其司令官、參謀長，9月9日，日本駐蘇大使東鄉茂德奉命與蘇聯交涉停戰事宜，蘇聯鑒於歐洲大戰已開始，便接受了日方求和的要求，於9月15日莫洛托夫與東鄉訂立諾門坎停戰協定。