1929年資本主義國家先後爆發了經濟危機。日本統治集團為了擺脫經濟困境，緩和國內的階級矛盾，加緊了侵略中國的準備。其實，日本帝國主義者對中國的侵略是蓄謀已久，很早就利用同清朝政府訂立的不平等平約，把中國東北的南部地區強行劃為自己的勢力範圍，在那裏設立殖民機構，如關東都督府、南滿鐵道株式會社（簡稱“滿鐵”）、關東軍等，對東北進行全麵的政治、軍事控製和經濟掠奪。1931年，日本為實現吞並中國東北的美夢，又多方製造事端，尋釁滋事。在形勢如此危急的情況下，國民黨政府不但不積極備戰，反而忙於國民黨內部的派係鬥爭和軍閥混戰，更忙於調集軍隊“圍剿”工農紅軍，置民族危機於不顧，陸續抽調東北軍入關，東北邊防日漸空虛。
1931年9月18日夜10時20分，關東軍島本大隊的河本中尉以巡視鐵路為名，率領部下向沈陽北郊柳條溝方向走去。當時沈陽城北駐紮著中國駐軍營地北大營，這晚因王以哲旅長回家休息，參謀長趙鎮番負責北大營的防衛。河本一邊從側麵觀察駐有中國軍隊的北大營的兵營，一邊選了個離兵約800米往南去的地點。在這裏，河本親自把炸藥安放在鐵軌下，並點了火。“轟”的一聲，爆炸聲響起，鐵軌上的枕木向四處飛散。
據參與策劃整個事件的花穀正回憶說，這次爆炸沒有炸死張作霖那麼大的規模。因為，滿鐵是日本的主要鐵路幹線。此次爆炸隻要能成為進攻東北軍的借口即可，所以不但沒有必要把火車炸翻，而且還必須做到，使在滿鐵路上馳騁著的列車免受損害。因此，讓工兵仔細地作了計算，直線單麵鐵軌即使炸斷一小段，高速行駛的列車仍然可以通過，並根據調查所得的安全長度，規定了所需的炸藥數量。在爆炸路軌的同時，河本用隨身攜帶的電話機向大隊本部和奉天特務機關報告。這時，呆在鐵路爆破點以北約四公裏的文官屯的川島中隊長，立即率兵南下，開始襲擊北大營。
北大營的指揮部內氣氛緊張。趙鎮蕃請示榮臻的結果，出乎趙鎮蕃的意外是不許抵抗，不得與日本人發生衝突。但是，沒有一位團長執行他的命令，大家都站在原地一動不動。“去呀！這是命令！”趙鎮蕃瞪著幾位團長，幾位團長也使勁地瞪著他，大家都默不作聲，屋內的空氣也仿佛像他們的心情一樣憋悶。趙鎮蕃斷然地揮起手臂：“準備迎擊敵人！”“是！”團長們異口同聲地響亮回答，然後齊刷刷地跑出屋去。不一會兒，旅部及第621團附近的林蔭路上響起了自衛還擊的槍聲，趙鎮蕃率領旅部和兩個團與日軍交上了火。
這反擊的槍聲猶如一針強心劑，令營房其他各地的士兵們抖擻起精神，大家摩拳擦掌，準備給日軍以迎頭痛擊。但是，榮臻再次下達命令：“不準抵抗！”士兵們不敢貿然違抗命令，隻好原地待命，眼睜睜地看著戰友與日軍奮戰。由於日軍火力很猛，我軍又孤力無援，長此堅守下去，部隊傷亡太大。淩晨兩點多鍾，趙鎮蕃下令向東山嘴子撤退。士兵們哭喊著不肯就此罷手，“我們不能這樣硬拚。再不走，我們就都走不出去了。”趙鎮蕃一邊率領士兵與日軍展開激烈的巷戰，一邊指揮部隊突圍。士兵們一邊突圍，一邊回身依依不舍地望著槍聲大作、火光衝天的北大營。
北大營其他各團也紛紛向東撤軍，部隊散亂地在黑夜中行進著。“轟！”的一聲，日軍向我軍發射了遠程炮彈，正好落在隊伍之中。部隊許多士兵負了傷，無藥可醫，隻能草草地包紮一下；一些重傷員躺在擔架上，一路顛簸震動，痛苦的呻吟聲不絕於耳。看著自己的狼狽相，士兵們憤憤地說：“為什麼兄弟部隊不肯增援？我們的飛機為什麼不起飛參戰？如果大家齊心合力，一定可以給日軍還以顏色，讓他們知道我們中國人不是好欺負的！”一路上，敵機緊追不放，不時掠空而來，向撤退的隊伍掃射、投彈，部隊隻好白天待命，天黑後再走。