柳條湖事件後，日軍收買了原洮遼鎮守使張海鵬。10月1日，張海鵬自稱“邊境保安司令”，宣布脫離張學良。於是，日軍便利用張海鵬部偽軍充當進窺齊齊哈爾的前鋒。當張部偽軍臨近嫩江時，黑河警備司令、步兵第3旅旅長馬占山，奉張學良之命統率黑龍江的軍隊，並代理省主席職務。
1931年10月13日，張海鵬軍開始發動進攻，被馬占山部在嫩江橋擊潰。日軍遂決定直接出兵。30日，關東軍以第2師主力一部組成“嫩江支隊”，集結於泰來附近。11月4日，日軍嫩江支隊掩護張海鵬偽軍向馬部進攻。馬占山部奮起反擊，嫩江支隊死傷數百人。但最終由於中國守軍裝備劣勢，並且在日軍重新增援下，19日馬占山等率中方軍政人員退出省城齊齊哈爾。繼而再退海倫、克山一帶，組織臨時政府。19日晚，日軍進占齊齊哈爾。
至此，日軍並未停止軍事行動，繼而南下遼西，完成對整個南滿的占領。遼、吉兩省淪陷後，中國東北邊防軍司令部長官公署、遼寧省政府行署，遷往錦州。9月23日，張學良任命張作相代理東北邊防軍司令長官，米春霖代理遼寧省政府主席。
錦州地處遼西，是北寧、錦朝兩鐵路的彙合點和榆關（山海關）的屏障，戰略地位十分重要。日陸軍參謀部認為：“隻有消滅錦州附近的張學良勢力，才能有希望解決滿洲事變。”他們將攻占錦州視為鞏固其占領東北的最後措施。
10月8日，日軍曾派飛機轟炸錦州。20日又派偽軍淩印清部進攻錦州，被中國邊防軍擊潰。11月27日，關東軍令第2師主力和混成第39旅到沈陽集結；令混成第4旅進到大淩河一線，掩護主力開進。當日，該部越過大淩河，向中國守軍發動進攻，被阻於大虎山、溝邦子一線。日本當局唯恐引起國際上的反對，於28日命令關東軍撤出遼西。
12月上旬，日本成立犬養毅內閣。犬養內閣采取了較其前任更加積極支持軍部的政策。12月7日，日本陸軍大臣致電關東軍，表明了軍部關於攻占錦州的意圖。
12月13日，關東軍製定《錦州攻擊方略》，決定由北向南直取錦州。17日，日軍參謀總長金穀範三批準了關東軍進攻錦州作戰計劃，並向東北增派部隊。到27日，至此，日軍攻擊錦州的總兵力已達4萬人以上，擺出了空前未有的大會戰態勢。由於中國軍隊受國民政府不抵抗政策的約束，加之又得不到政府的支持，因而缺乏抗戰守土的決心。1932年1月3日，日軍不戰而占錦州。
日軍占領錦州後，迅速回師北上，重返北滿，進攻哈爾濱。當時哈爾濱附近的中國軍隊，日軍引以為患。日本經過多方試探，在確認蘇聯將采取“不幹涉”政策後，參謀部始於1932年1月28日批準關東軍向哈爾濱進軍。在哈爾濱郊外，中國守軍同裝備有飛機、坦克、裝甲車的日軍展開激烈的保衛戰。但由於事先未做禦敵準備，缺乏防禦工事的中國軍隊，在日機輪番轟炸和坦克橫衝直撞的強大攻勢下，傷亡極大。1932年2月5日，哈爾濱淪陷不久，賓縣吉林省政府和海倫黑龍江省政府亦不複存在。
至此，在短短的4個月零18天的時間裏，整個東北100萬平方公裏的土地和3000萬同胞陷於日本帝國主義的鐵蹄之下。