第七三一部隊駐在距哈爾濱市20千米的平房一帶，建有龐大的軍用市鎮，其中設有許多辦公室和實驗室，儲存大量原料。周圍劃有禁區，嚴守秘密。部隊占地超過7.5平方千米，擁有3000多名工作人員。
第一○○部隊設在長春以南10千米之外的孟家屯，也擁有大量房舍、特種設備和大片土地。這兩支部隊分別配有由關東軍各部隊和各兵團指揮的支隊，主要任務是在戰爭中實際使用各種細菌武器。
第七三一部隊培養的細菌有：鼠疫、霍亂、壞疽、炭疽、傷寒、副傷寒以及其他細菌。
在研製過程中，不僅使用動物，而且用活人進行實驗。為此，還專設有可容納三四百人的內部監獄。此部隊還專門製造散布細菌的特種武器，如自來水筆式和手杖式投擲器、瓷質飛機彈、石井式飛機彈等。該部隊生產細菌的設備，規模龐大，按生產設備和生產能力來說，每月能培製出300千克鼠疫細菌。
第七三一部隊用活人進行實驗，是由關東軍參謀長東條英機正式批準的。一個親自進行這種滅絕人性實驗的戰犯，供述了一次用活人進行傷寒病傳染實驗的情況。他們預先準備了一升投有傷寒病菌的甜水，然後把這一升甜水用普通水衝淡，分給大約50個中國“犯人”喝了。
這些人都是戰俘，其中隻有少數幾個人事先受過預防傷寒的注射。遭受實驗而發病的這些人，被嚴格看管，進行觀察，而且為了保密，部隊工作人員通常把被殘害的人稱為“木頭”。
第七三一部隊還進行類似戰鬥環境的野外活人細菌實驗。他們借助電流爆炸細菌彈，使被實驗的人被彈片炸傷，受炭疽熱的傳染。
日軍還采用同樣的辦法進行鼠疫病菌和壞疽菌的實驗。凡采用這種辦法實驗壞疽菌的中國戰俘，經受一周的痛苦折磨後全部死去。為了研究治療，有的人被接二連三地進行實驗，直至死亡為止。
實驗的目的在於使用。日本帝國主義所進行的細菌戰爭危害極大，遺患無窮。
1937年和1938年，在偽興安北省蒙古族部落裏發生了嚴重的鼠疫。1940年，在偽興安北省三河附近發生3例炭疽。
1940年夏，石井四郎親自率領一支特別細菌遠征隊到華中戰區，在寧波一帶用飛機散布鼠疫。1941年，該部隊再次派遠征隊到華中常德，從飛機上撒播了傳染鼠疫的跳蚤。
1942年，當日本侵略軍從華中某戰區退卻時，第七三一部隊又進行了一次細菌戰的遠征。這些都和日本細菌部隊的活動有關，致使成千上萬的人死亡，給中國人民造成了難以估量的重大損失。
東條英機在殘酷鎮壓東北抗日軍民的同時，還夢想著向關內擴張。他曾派遣特務去內蒙古策劃獨立，詭計不成，又策劃偽蒙軍隊進犯綏遠，結果遭到綏遠軍民的沉重打擊。然而，他的擴張野心並未就此收斂。
1937年6月，他在寫給日本大本營的奏折中說：“從準備對蘇聯作戰的觀點來觀察目前中國的形勢，我們相信：如為我武力所許，首先對南京政權加以一擊，除去我背後的威脅，此最為上策。”
東條英機認為，盡早對中國發動大規模入侵是“上策”，就是妄圖一舉吞並全中國。