日軍攻占沈陽後，下一個戰略目標就是長春。長春是南滿鐵路的終點，又是南滿鐵路和中東路的交接點，同時也是吉林市的門戶和吉北、吉東的咽喉。占領了長春，就可東取吉林，北攻哈爾濱，西圖洮南，進攻齊齊哈爾。所以在沈陽發動事變的同時攻占長春，是“九一八”事變策劃者的既定方針。駐長春日軍得到沈陽事變的消息後，即以“日本南滿鐵路被中國軍隊破壞數段，遼寧方麵已開始軍事行動，旁邊自應采取一致行動，以謀自衛”為借口，開始行動。9月19日三時五十五分，下達了對長春總攻擊的命令。四時開始炮轟。上午十一時日軍占領了二道溝寬城子車站。南嶺方麵，中國軍隊駐有東北炮兵十團，步兵二十五旅五十團，另有輜重兵一個營和彈藥庫。日軍深恐其兵力單薄，又調駐公主嶺的獨立守備隊第一大隊主力乘車馳援長春，會攻南嶺。下午五時三十分，南嶺為日軍侵占。日軍在對南嶺與寬城子的中國軍隊繳械的同時，從上午六時半至下午十時半，侵占了市公安局與各分局和派出所、電力廠、吉長鎮守使署、無線電台等市政交通機關。在國民黨政府的不抵抗命令下，不到一日，長春淪於敵手。
日軍在9月19日占領沈陽、長春等地之後，將其軍事指揮機關和軍隊主力轉移到作戰前線。關東軍司令部移駐沈陽，第二師團集結長春，為下一步侵占吉林、哈爾濱作準備。按照關東軍“根本解決滿蒙問題”的戰略方針和不失時機地主動進攻，“防患於未然”的戰略進攻思想，決定以東取吉林、北攻哈爾濱為第二期作戰的主要目標。因為占領了吉林、哈爾濱既可鞏固對南滿的軍事占領，又可以進而奪取整個北滿。
日軍侵占有吉林市，也是首先造出兵借口，然後實行軍事占領。按照原定計劃，由甘粕天產憲兵大尉和日本吉林特務機關長大迫通貞步中佐，於20日秘密投彈炸毀日本僑民的房屋，誣稱是吉林省城中國軍隊所為。然後再以特務機關長名義和吉林日本僑民會長名義，打電報給關東軍司令官，詭稱吉林形勢險惡，要求出兵保護日僑。滯留在沈陽的參謀本部作戰部長建川，在9月20日訪問關東司令部時指示說：“鑒於中東鐵路性質和目前一般形勢，雖然不可向長春以北派兵，但對吉林、洮南等地盡快加以打擊，應該說是有利的。”根據建川的指示和阪垣、石原兩參謀的強烈要求，關東軍司令官本莊繁於9月21日午後三點，在關東軍幕僚的會議上，做出了出兵吉林的決定。
侵占長春的日軍第二師團接到命令後，立即向吉林進犯。9月21日上午9時50分從長春乘裝甲列車開始進犯吉林市。由於代理吉林省主席、吉林邊防署司令熙洽的叛變，中國軍隊已於21上午11時40分全部退出省城。接著，熙洽又派密使與日軍第二師團長多門中將在樺皮廠車站裝甲列車上會見，達成無條件投降、迎接日軍進城的賣國協議。
熙洽是清朝皇族的近支，又曾留學日本士官學校，與日軍師團長多門二郎有師生關係，素有親日傾向，更暗懷恢複清朝統治思想，妄想借日軍力量，恢複清朝政權。所以在日軍侵占長春後的翌日，即9月20日，熙洽即派副司令長官公署秘書張燕卿攜密函赴長春麵見多門，表示甘心賣國投降。他得到多門的暗許後，即著手布置出賣吉林的叛國陰謀。
在熙洽未迎接日軍進入吉林以前，省城原有駐軍為第二十五旅旅長張作舟所轄步兵第三十二團、第三十三團，副司令長官公署衛隊所轄的三個步兵營，一個騎兵營和一個炮兵營。9月20日下午，熙洽以副司令長官名義發出命令，聲稱“為了避免衝突，保存實力，中日事件由外交解決，各部隊長應嚴約所部不得擅自抗擊，致使事件擴大，各駐省各部隊即時一律開出城外數十裏待命”。當時各部隊因不明真相，全部遵令撤出。