柳條湖位於瀋陽內城以北2.5公里處，在瀋陽站與文官屯站之間，關東軍之所以選擇這個地方作爲爆破地點，其原因有二：一是這裏較爲偏僻，便於行事;二是距東北軍北大營較近，便於誣爲中國軍隊破壞，也有利攻擊。
18日22時20分，炸藥點燃，一聲巨響，震盪長空，炸燬一段路軌。以爆炸聲爲信號、早已準備好的全副武裝的日軍，便向預定目標攻擊，同時瀋陽站附近的日軍大炮向北大營猛烈轟擊。23時46分，花谷正以土肥原的名義給旅順關東軍司令部發出第一份電報，謊稱中國軍隊在瀋陽北部北大營西側破壞了鐵路，襲擊日本守備隊，日中兩軍在衝突中。接到電報後，關東軍司令官本莊繁、參謀長三宅光治、參謀石原莞爾等人緊急研究對策，一致認爲此時是訴諸武力的“絕好機會”。本莊繁當即決定，按照預定的計劃，迅速將主力集中到瀋陽，先發制人，“懲罰”中國軍隊，佔領東北三省。
19日凌晨1時30分至2時之間，本莊繁向關東軍下令：駐遼陽第二師，駐公主嶺獨立守備隊第一、第五營等迅速開往瀋陽，攻擊該地中國軍隊;駐長春步兵第三旅準備進攻長春。同時，還向駐朝鮮日軍求援。最後，本莊繁將他的命令及戰況正式報告給軍部。爲了便於指揮，19日凌晨3時30分，本莊繁率領關東軍司令部火速趕往瀋陽。
9月18日夜，日本在瀋陽的駐軍只有獨立守備隊第二營和第二師的第二十九團，人數僅幾千人。柳條湖事件發生後，日軍連夜向瀋陽增兵。駐紮在鐵嶺的部隊，於19日凌晨4時到達瀋陽，配合第二營於5時30分佔領北大營。與此同時，駐紮在海城和遼陽等地的第二師所屬部隊及師長多門二郎也於19日凌晨5時抵瀋陽，與原來駐在瀋陽的第二十九團一起行動，6時30分佔領瀋陽內城。然後該師又與獨立守備隊採取聯合行動，向距瀋陽10公里的東大營進攻，日軍南北夾擊，東北軍和講武堂學員不戰而退。中午12時許，日軍佔領了這個東北軍的第二大營。由於東北軍絕大多數部隊執行了蔣介石“不準抵抗”的命令，一夜之間，日本侵略軍便輕而易舉地佔領了瀋陽城。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佔領，所有駐省城的軍警均被繳械。僅瀋陽兵工廠，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，盡爲日軍掠去;其唯一的金庫所存現金7000萬元，亦被洗劫一空。
9月18日夜裏，關東軍在南滿鐵路沿線展開了全面攻勢。19日，日軍攻佔南滿、安奉兩鐵路沿線的重要城鎮營口、田莊臺、蓋平、復縣、大石橋、海城、遼陽、鞍山、鐵嶺、開原、昌圖、四平街、公主嶺、安東、鳳凰城、本溪、撫順、溝邦子等地。19日凌晨4時，日軍向長春發動總攻，中國守軍奮起抵抗，後在吉林軍署參謀長熙洽“毋須抵抗”的命令下含憤撤退。當日22時許，長春陷落。
蔣介石、張學良拱手讓敵東北大好河山轉瞬淪陷
9月6日，張學良電令駐瀋陽北大營旅長王以哲：“中日關係現甚嚴重，我軍與日軍相處須格外謹慎。無論受如何挑釁，俱應忍耐，不準衝突，以免事端。”同日，又電臧式毅、榮臻稱：“對於日人，無論其如何尋事，我方務須萬方容忍，不可與之反抗，致釀事端。”參謀長榮臻命令北大營駐軍：“不準抵抗，不準動，把槍放到庫房裏，挺着死，大家成仁，爲國犧牲。”
駐瀋陽北大營的東北軍第七旅，8月間即預感到日軍要採取行動，旅長王以哲專程到北平請示張學良。張學良說：“蔣指示暫不抵抗，準備好了再幹，一切事先從外交解決;……遇事要退讓，軍事上要避免衝突，外交上要採取拖延方針。”王以哲根據這一方針，決定對於日軍的進攻，採取“釁不自我開，作有限度的退讓”的對策，“在萬不得已的情況下，全軍退到車山嘴子附近集結，候命行動”。這樣，不抵抗主義，從中央到地方層層下達，貫徹比較徹底。結果造成大片國土輕易地落入敵手。滿鐵的土木建築公司經理神谷仙次郎在日記中，誇耀日本侵略軍進攻“北臺(大)營的戰爭，創造了世界戰爭的記錄，敵人有1.2萬人，而關東軍用650人即以1/20的兵力，戰鬥7小時，就把它攻佔了”。瀋陽的陷落，也並不是日軍攻陷的，基本上是從敞着的大門開進來的。當日軍進攻北大營時，瀋陽城門大開，榮臻和臧式毅會商應付辦法，認爲日領事館已經說了日軍不進城，“如果進城，吾方即閉城門，日軍亦可用炮擊毀，不若開城聽其如何”。果然。日軍一炮未發，便從敞開的城門進入城內。
事件爆發後，蔣介石仍令不抵抗。目居北平的張學良一夜之間十幾次致電南京蔣介石請示，均不準抵抗。蔣指示張學良：“日軍此舉，不過尋常尋釁性質，爲免除事件擴大，絕對抱不抵抗主義。”在這種不抵抗政策下，拱手讓敵，使東北大好河山淪於敵手。
