日本關東軍在確定了要對張作霖進行暗殺後，就開始製訂實施方案。開始關東軍村崗司令製定的計劃是派竹下義晴去北京，借助駐守華北的日軍的力量在北京對張作霖進行暗殺，不想同為村崗部下的河本大作洞悉了竹下義晴的舉動，探明了要去暗殺的張作霖計劃。在河本大作的提議下，日本關東軍改變了原有方針，把對張作霖的暗殺行動放在了張作霖由北京回奉天的鐵路上。經過勘察，河本大作把地點確定在京奉鐵路與南滿鐵路的交口，並製定了多套方案，倘若炸不毀火車，就控製鐵軌讓火車翻出鐵軌，並組織敢死隊近身搏殺張作霖。當日本布下天羅地網等待張作霖踏進陷阱之時，張作霖也揮手告別了北京，告別了留守北京的張學良，乘上了回到關內的火車。回奉天的途中，張作霖還在想著如何養精蓄銳，囤積資本之後再殺回關內，這時，火車行駛至皇姑屯，一聲巨響，張作霖所在的車廂被炸得脫離軌道，當時的隨行人員死傷大半，張作霖被炸得渾身是血，他的警衛員背起張作霖逃離了出事地點，與奉係部隊會合後，把張作霖送回到奉天。
日本無恥地借皇姑屯事件，賊喊捉賊地把張作霖的遇刺推到南方便衣的頭上，並以炸毀日本所管轄的鐵路為由想挑起東北戰事，來到達控製東北的目的，由於日本內部的意見不同，這一詭計沒有實施。此時各方勢力在關注東北戰事的同時也在關注著張作霖的生死，對於張作霖被炸身亡的消息奉天采取了保密措施，一方麵邀請日本派最好的醫生前來給張作霖看病，另一方麵，壽夫人周旋於日方派來探聽虛實的“日本太太”之中強顏歡笑。這一切都是為了拖延時間，讓張學良從北京趕回奉天來主持大局。
張作霖死的那一天正好是張學良的生日，之後張學良再也沒過過生日。
張學良從北京回奉天也是困難重重，最終不得不喬裝打扮，混入軍中與退守關外的軍隊一起回到了奉天。張學良到達奉天之後，張作霖的死訊才傳開。張作霖的職位由誰來繼承成了多方關注的焦點，這時張學良不敢以最高首領自居，而是抬出了張作相為東北三省保安司令，自己則為奉天保安司令。張作相等老一輩跟隨張作霖打天下的文武官員都還是存在著封建思想，認為子承父業才是正統，最終在多方的勸說之下，張學良成為東北三省的最高長官。
日本方麵在害死張作霖的事件上也出現了分歧，對日本的政治侵略造成了很大的影響。日本的統治也出現了分裂，日方的軍事力量開始幹涉到政治。張作霖死後，日本根本不把張學良看在眼裏，認為張學良是一個乳臭未幹的小毛孩，恐嚇一下就能乖乖的為日本所用，他們沒想到，張學良的脾氣比張作霖還硬。
張作霖在位時就對日本的行徑大為反感，張學良更是接受過新式的教育，對日本想要占據東三省的野心更是十分清楚，打心底裏對其十分憎恨，再加上張作霖受害的地方是在日本管轄的地區，雖然沒有證據說明一定是日本人炸死了自己的父親，但從種種跡象表明這件事就是日本人所為。張學良在國仇家恨麵前根本不買日本人的賬，使得日本人與張作霖簽訂的一切條約都成了一紙空文。
張作霖的下場是可悲的。北洋政府時期，也隻有張作霖這樣的梟雄才能活得更加長久。張作霖在最後與蔣介石爭奪全國失敗之後，已經顯得力不從心。這時的張作霖，儼然是一個想歸隱山林、告老還鄉的老人，沒想到半路上被日本人刺殺。縱觀張作霖的一生，他可謂是純純正正的草根英雄，暫且不論他的功績和過失，僅從他對日本的反抗來看，他的一生就已經成功了。張作霖一生好賭，也決定了他人生曆程的大起大落，吃過虧，享過福，當過乞丐，也當過中國最高統治者。抗日戰爭勝利之後，河本大作被抓獲，供認了暗殺張作霖的全部過程，世人才終於得知張作霖的真正死因。