1931年9月18日夜，关东军中尉河本末守率几名士兵装作巡查铁路，在大连与沈阳之间的柳条湖附近的铁道上制造了爆炸现场，但向本部报告说是中国军队所为。板垣征四郎立即根据原来准备的方案，令独立守备第二大队进攻中国军队驻守的北大营，步兵第二十九联队攻击沈阳城，令驻铁岭的独立守备第五大队急赴沈阳，并报告本庄繁，要求出动第二师团主力。
这时，预先准备在独立守备队院内的24厘米大炮开始向北大营射击，每隔三四分钟发射一发炮弹。日本步兵第二十九联队从沈阳的满铁附属地向城内发起进攻。由于地方军警只有轻武器，稍事抵抗后便散去，日军于19日凌晨进据东北边防军长官公署和辽宁省政府机关，沈阳全城沦陷。
本庄繁率司令部人员进入沈阳城，并在城里设置师团司令部，对沈阳城进行实质性的占领，令第二师团主力及驻守各地日军分别进攻当地中国军队，并占领相应城市。从19日开始，驻辽宁各地的日军独立守备队分别向邻近城池发起攻击，当天即占领了营口、安东、凤凰城等重镇。驻长春的日军第三旅团随即开始进犯长春，9月21日晚占领吉林省城。
国民政府及以张学良为首的东北当局对关东军的挑衅早有察觉，但开始时并不希望与日本发生军事冲突，一直采取退避三舍、息事宁人的态度，所以当日军向北大营发起攻击、占领沈阳时，没有受到东北军的正式抵抗。中国军民积极反抗，才使得日军占领东北的步伐有所放慢。但是1931年11月的江桥抗战和1932年初的哈尔滨保卫战后，日军终于完成了对中国东北的全面占领，并在这一地区制造了傀儡政权——伪满洲国，实现了“大陆政策”的第一步。
在发动九一八事变及占领东北全境的过程中，关东军在中国东北的兵力开始仅有主力第二师团和6支独立守备队，总兵力不到两万人，后来也不过是得到了来自朝鲜的日军一个师团的支援。当时驻守中国东北的东北军虽然装备不敌日军，但数量远在日军之上。日军占领东北的速度之所以那么快，固然有东北军战略指挥方面的失误，但在事变发生前，关东军和日本军方、日本政府进行的周密的准备，显然是极为重要的因素。
