1931年9月18日傍晚，日本關東軍虎石台獨立守備隊第2營第3連離開原駐地虎石台兵營，沿南滿鐵路向南行進。是夜22時20分左右日軍自行爆破滿鐵，並將中國人的屍體放在現場，作為東北軍破壞鐵路的證據，誣稱中國軍隊破壞鐵路並襲擊日守備隊。
爆炸同時，事先駐紮在鐵路爆破點以北約四公裏的文官屯的川島中隊長立即率兵南下，開始襲擊北大營。
駐紮中方北大營和沈陽城的日軍兵分南北兩路，向中國軍隊駐地北大營進攻。南軍為平田幸弘指揮的關東軍第2師步兵第2旅第29團，北軍為島本正一指揮的鐵路守備隊第2營。
1931年9月18日事變發生當夜，東北邊防軍司令長官公署中將參謀長榮臻根據張學良之命，命令東北軍“不準抵抗，不準動，把槍放到庫房裏，挺著死，大家成仁，為國犧牲”。
次日，也就是1931年9月19日張學良在協和醫院對天津大公報記者談話時再度說：“吾早下令我部士兵，對日兵挑釁不得抵抗。故北大營我軍，早令收繳軍械，存於庫房”。
因此在1931年9月18日當夜，北大營駐守的東北軍第七旅毫無防備，被打得措手不及。而事前張學良曾訓令東北軍不得抵抗，駐守部隊並未做出激烈反擊。第七旅三個團中有兩個團按指示撤走，隻有王鐵漢的620團未及時接到撤退命令，被迫自衛抵抗，最後突圍撤走。（因為王鐵漢的對日抵抗行為，事後蔣中正曾於召見他時稱讚道：“我記得你，在沈陽北大營當時的情況，你做得很好！”）由於執行張學良不抵抗命令，北大營逾萬名守軍被隻有500多人的日軍擊潰。
這就是震驚中外的九一八事變，又稱奉天事變、柳條湖事件。
日軍在沈陽當獨立守備隊向北大營進攻的同時，關東軍第2師第3旅第29團向奉天城攻擊。1931年9月19日淩晨，關東軍司令本莊繁下令：遼陽的第2師主力增援對奉天的進攻；獨立守備隊第3營進攻營口、第4營進攻鳳凰城、安東；第2師第3旅主力、騎兵第2團、獨立守備第1營分別進攻長春寬城區、二道溝、南嶺等地。至1931年9月19日10時，日軍先後攻占奉天、四平、營口、鳳凰城、安東等南滿鐵路、安奉鐵路沿線18座城鎮。長春地區的東北軍自發反擊，戰至次日，長春陷落。1931年9月21日東北邊防軍駐吉林省副司令長官公署參謀長熙洽率部投敵，日軍第2師主力占領吉林。