身為國際聯盟永久會員國的日本，實際上對於國際聯盟的態度同樣冷淡。日本在亞洲最主要的侵略對像是中國，對日本的侵略行動，國際聯盟僅能給予譴責，卻束手無策。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。夜 22 時 20 分左右，河本末守中尉為首一個小分隊，在奉天（現瀋陽）北面約 7.5 公裡處的柳條湖南滿鐵路段上引爆小型炸藥，炸毀了小段鐵路。並將 3 具身穿東北軍士兵服裝的中國人屍體放在現場，作為東北軍破壞鐵路的證據。爆炸後，駐紮北大營和瀋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。當時，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，只有王鐵漢的 620 團未及時接到撤退命令，被迫自衛抵抗，最後突圍撤走。由於執行不抵抗命令，北大營逾萬名守軍被只有 500 多人的日軍擊潰。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。9 月 19 日凌晨，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 營進攻鳳城、安東（現為丹東）；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子、二道溝、南嶺等地。至 9 月 19 日 10 時，日軍先後攻佔奉天、四平、營口、鳳城、安東等南滿鐵路、安奉鐵路（安東-奉天）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。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 師主力佔領吉林。10 月 1 日，東北軍黑龍江洮南鎮守使張海鵬投敵，且奉日軍命令，派3 個團進攻齊齊哈爾。10 月 16 日在嫩江橋，被黑龍江省防軍擊退。守軍炸毀嫩江鐵路橋的第 1、第 2、第 5 號橋，以阻止日偽軍進犯。10 月 26 日，關東軍第 2 師第 29 團佔領四洮鐵路（四平-洮安）沿線主要城鎮。11 月 4 日，關東軍嫩江支隊攻擊嫩江橋北守軍。黑龍江省政府代主席兼代東北邊防軍駐江副司令長官馬佔山指揮3個旅5個團共 1.6 萬餘人，進行江橋抗戰，戰至 11 月 18 日，終因傷亡慘重而棄守省城齊齊哈爾，撤往克山、海倫。11 月 19 日，日軍攻陷齊齊哈爾。張學良在事件爆發後離開奉天，帶領屬下轉移到錦州。1931 年 10 月8 日，關東軍派出 12 架轟炸機空襲錦州。對此，南次郎陸軍大臣依然對若 槻禮次郎首相聲稱「由於受到中國軍隊的防空炮火攻擊，才不得已採取自衛行動。」此後，關東軍發表公開聲明，宣稱「張學良在錦州集結大量兵力，如果置之不理，恐將對日本權益造成損害。為了儘快解決滿蒙問題，關東軍有必要驅逐錦州政權。」此後，幣原主張的國際協調主義的外交政策受到了嚴重的挫折，日本在軍國主義的道路上越走越遠。日軍攻佔黑龍江省主要城鎮後，開始進攻遼西地區。12 月 15 日，關東軍進攻錦州。12 月 17 日，日本陸軍中央部由日本本土增派混成第 8 旅，並從朝鮮調第 20 師司令部、混成第 38 旅、重轟炸飛行中隊以增援關東軍。12 月 28 日，第 2 師主力渡過遼河進攻錦州；12 月 30 日，混成第 39 旅進攻打虎山（現為大虎山）。1932 年 1 月 3 日，第 20 師司令部率混成第 38 旅佔領錦州。駐錦州的東北軍第 12、第 20 旅和騎兵第 3 旅，已奉命撤退至河北灤東地區和 熱河。1 月 28 日關東軍第 3 旅由長春向哈爾濱進犯，同時從遼西地區調第2 師增援。當時為了轉移國際社會對滿洲的關注，日本在國際大城市上海挑起事端，引發了一二八事變。1 月 31 日，依蘭鎮守使兼第 24 旅旅長李杜率吉林自衛軍，進行哈爾濱保衛戰。激戰五天，自衛軍傷亡慘重，撤往賓縣。2 月 5 日，日軍攻陷哈爾濱。由於受到了國際輿論的普遍譴責，關東軍不敢以武力悍然佔領滿洲全境，因此考慮建立傀儡政權。當時擔任特務機關負責人的土肥原賢二大佐，遊說已經退位的清朝末代皇帝溥儀。當時關東軍以復興滿清為條件，說服溥儀回到東北。11 月 10 日，溥儀從天津出發，11 月 13 日到達營口，最後停留在駐守旅順的日本軍營內。1932 年 3 月 1 日，日本扶植的滿洲國正式成立。溥儀擔任國家元首，首都定在新京（今長春），年號定為「大同」。上述宣言都在東北行政委員會委員長張景惠的公館發表。國際聯盟強烈譴責日本政府的行為，並不承認滿洲國政府的正當性。日本表示抗議並且脫離國際聯盟。