早在1930年冬，關東軍作戰主任參謀石原莞爾就準備把柳條湖作為挑起武裝侵略的地點。1931年春，關東軍高級參謀板垣征四郎等人訂出了製造柳條湖事件的概略設想。同年6月，板垣征四郎和石原莞爾將爆破任務交給了奉天特務機關輔助官花穀正少校和曾經擔任張學良顧問的柴山兼太郎的助理官今田新太郎上尉，讓他們負責組成爆炸鐵路的秘密班子及有關事宜。不久，奉天憲兵隊長三穀清中校也參與其事。今田把工兵出身、熟悉爆破技術的河本末守中尉，從獨立守備隊第2營第3連（駐虎石台）調到柳條湖分遣隊，並當麵向他下達密令。計劃在爆炸鐵路的同時，攻擊北大營，在一夜之間占領沈陽城。這一任務分別由獨立守備第2營營長島本正一中校（駐沈陽）及其所屬的第1連連長小野正雄上尉（駐沈陽）、第2連連長川上精一上尉（駐撫順）、第3連連長川島正上尉和第2師的第29團團長平田幸弘中校（駐沈陽）、奉天憲兵隊隊長三穀清中校（駐沈陽）負責。
製造事件的時間確定為9月28日。但是到了9月中旬，“柳條湖事件”的計劃在日本國內暴露。陸軍大臣南次郎等派參謀部作戰部長建川美次少將前來東北，轉達軍部不同意在近期內發動事變的意見。建川美次是在8月間軍部人事調整時擔任該職的，是參與策劃在東北發動事變的人物之一。9月15日，他在啟程之前有意向參謀部俄國組組長橋本欣五郎等人泄漏軍部的意圖。橋本立即利用建川與板垣之間使用的私人密碼本，向板垣接連發了3次密碼電報。第一次說：“事暴露，立刻堅決行動”；第二次說：“在建川到達沈陽前，應堅決行動”；第三次說：“國內不用擔心，應堅決行動。”板垣接到橋本的電報後，與石原、花穀、今田等人反複研究，因得知建川預定在9月18日傍晚抵達沈陽，便決定提前在9月18日發動事變。
1931年9月18日深夜，沈陽北部柳條湖一帶，一輪彎月斜掛天際，蟲聲啁啾，分外寂靜。突然，日軍鐵道守備隊的河本末守工兵中尉率領一小隊日本士兵，用槍逼著抓來的幾名中國百姓，來到南滿鐵路柳條湖附近的鐵路上，逼他們換上東北軍軍裝，又將事先準備好的黃色炸藥安放在長春至大連的鐵路單側軌道上，晚10點20分撳動爆炸開關，隻聽轟然一聲巨響，一段鐵軌被炸斷。日軍不由分說，向剛剛換上東北軍軍裝的中國平民開槍射擊，河本末守命人立即拍照，製造了中國軍隊破壞南滿鐵路的假現場。這時，按照日本軍部事先策劃好的陰謀，埋伏在柳條湖以北四公裏外的日本獨立守備隊四個中隊，聽到破壞鐵路的爆炸聲，立刻號叫著向北大營撲去。與此同時，事先從日本運來的兩門榴彈重炮對準北大營猛烈開炮，關東軍第2師團步兵第29聯隊也凶猛地向沈陽城垣發動進攻……霎時間，沈陽城槍聲四起，大炮轟鳴，由日本人一手挑起的一場侵略戰爭就這樣打響了。
當時，東北軍部分主力雖隨張學良進關，但仍有18萬人之眾，由著名將領王以哲率領的第7步兵旅，很有戰鬥力，而日本關東軍不過兩萬餘人。因此，當時如若奮力抵抗，決不會讓日軍的陰謀順利得逞。
當日寇突然襲擊東北軍駐北大營第7旅時，因王以哲旅長不在軍中，參謀長趙鎮藩當即一麵下令部隊進入預備陣地，一麵給王以哲家打電話，並用電話直接向東北邊防軍參謀長榮臻報告。榮臻卻命令：“不準抵抗，把槍放在庫房裏，挺著死”。
麵對日本侵略者的猖狂進攻，第7旅官兵持槍實彈，狂呼若雷，群請一戰。但長官卻根據蔣介石“不抵抗”的命令，不準擅自行動。東北軍愛國官兵義憤填膺，抱槍痛哭，揮拳擊壁，痛不欲生。日寇見此，獸性大發，用機槍猛烈掃射放棄抵抗的中國官兵，當場死亡近千名。愛國官兵忍無可忍，違抗軍令，毅然開槍還擊，殺出一條血路撤出沈陽。第7步兵旅一撤，沈陽便在9月19日淩晨陷於日寇之手。東北邊防軍長官公署、遼寧省政府、兵工廠、飛機場及一切重要軍政機關和東三省官銀號等悉被占領，所有駐省城的軍警均被繳械。僅沈陽兵工廠即損失步槍15萬支，手槍6萬支，重炮、野戰炮250門，各種子彈300餘萬發，炮彈10萬發。東三省航空處積存的300架飛機，盡為日軍掠去；其唯一的金庫所存現金7000萬元，亦被洗劫一空。