日本爲了侵佔東北，除不斷使用政治陰謀，企圖不戰而勝將東北分裂出去外，關東軍還隨時準備使用武力強行佔領，爲此進行了以下幾個方面的軍事準備。
第一是蒐集情報
日本參謀本部第六課所設的中國班專門負責與中國各派系軍閥聯絡及蒐集中國的情報。侵華戰爭中，日軍的一些主要將領，如岡村寧次、土肥原賢二、板垣徵四郎等都曾在中國班任過職。日本是通過向中國軍閥派遣顧問、利用駐華辦事機構工作人員及在留日軍事學生中培植的親信蒐集中國的情報的。
日本特別重視向中國各級政府派遣顧問。1915年1月，日本政府向袁世凱提出滅亡中國的“二十一條”中就有關於中國政府必須聘用日本人爲政治、財政、軍事顧問的條款。日本通過這些顧問，不僅操縱中國的政治、經濟、軍事，還攫取各方面的情報，尤其是軍事情報。
在中國各級軍校的日本教官及各省督軍的軍事顧問，依靠教官與學生之間、顧問與中國要人之間的特殊關係而獲得祕密情報。日本還通過在日本士官學校畢業而在中國軍隊擔任要職的軍人中培植親日分子以獲取情報。甚至在蔣介石的總司令部裏，也通過曾經留學日本的軍人獲得所“必要的革命軍的情況及其行動的情報”。
在東北，日本參謀本部向張作霖派遣了軍事顧問，其中有著名的菊池武夫、本莊繁等。這些顧問與關東軍設在瀋陽的諜報機關一道蒐集了有關東北的大量情報。其中，日本人把張作霖的參謀長、日本士官學校畢業的楊宇霆作爲情報的“源泉”。“楊宇霆事實上起到了日本諜報代理人的作用”。其後收買了東北的熙洽、臧式毅、張景惠、於芷山、張海鵬等軍政要人，使其成爲親日派。
侵華戰爭的高級將領岡村寧次、本莊繁、安藤利吉、土肥原賢二、佐佐木到一等，都曾到中國從事過情報活動，是日本軍界的“中國通”。如岡村寧次就曾以孫傳芳軍事顧問的名義蒐集過中國的軍事情報。1926年秋，孫傳芳被北伐軍打敗，岡村寧次趁孫在九江倉皇逃跑時還曾竊取了華中中部的五萬分之一比例的地圖。1938年夏秋間，岡村寧次指揮日軍進攻武漢時，這份地圖起了重要的作用。日本在東北的特務機關向來注重蒐集東北各級指揮機關的電報、公文，甚至對各官署字紙、紙箋都出高價收買。1931年9月9日，張學良給榮臻、臧式毅的一份電報說：如果日軍肇事，“我方務須萬萬容忍，不可與之反抗，致釀事端”。該電報在油印發給部隊時被日本特務竊去。張學良的“容忍”，增加了法西斯軍人發動事變的勇氣。
第二是對中國兵要地誌進行調查
1906年，日本南滿鐵道株式會社(即“滿鐵”)成立之後即設有調查部。滿鐵調查部一直向關東軍司令部和參謀本部第二部提供情報資料，並應軍方要求工作。他們除間接提供用於軍事的中國各省統計要覽外，還直接提供用於軍事的兵要地誌。
駐屯東北的日本關東軍司令部二課兵要地誌班和情報部文書諜報班是專司兵要地誌調研的機構。但由於人員少，調查力量不足，因而一些重要的兵要地誌的調查工作還要依靠滿鐵調查部。
在日軍參謀本部第六課設有兵要地誌班，負責調查預想戰場的兵要地誌資料。日本對中國兵要地誌的調查內容十分廣泛，包括鐵路線圖(立體橋樑涵洞圖)、東北地區中國軍隊的兵力、槍炮種類和性能、官兵數額、將校姓名、營地設施、後勤輜重、蒙旗(縣)人口、物產、畜羣數量、森林礦藏、蒙漢軍民情況，以及地方風土情況，如土壤、水源、氣候、雨量、風向等。日俄戰爭後，日本在東北各地駐軍對東三省的兵要地誌已十分了解。1931年3月間，關東軍爲了調查蒙古的兵要地誌，召集精通蒙語的軍官數十名，以重金聘來的蒙古貧民爲嚮導，分五路入蒙古調查：第一路由察哈爾入蒙，第二路由熱河入蒙，第三路由洮南入蒙，第四路由黑龍江入蒙，第五路由俄境入蒙。日本參謀本部的中村震太郎大尉就是從洮南入內蒙，對在大興安嶺的宿營、給養、給水、行動的難易進行實地調查的。由此可見日軍對中國兵要地誌調查的細緻和廣泛。這是中國當時的統治者始料不及的。這些調查給日軍後來的侵略戰爭行動帶來了極大的便利。例如日軍在1937年向山西進攻時，就根據調查的兵要地誌，避開了險要的雁門關，而從東面繁峙的馬蘭口出擊，由背後攻擊代縣，遂攫取了雁門關險要。
第三是偵察地形及進行現地戰術研究
東北易幟後，東北軍有25萬人，並擁有飛機、戰車等先進武器，東北的兵工廠亦可生產各種輕重武器裝備部隊，而關東軍只有1萬多人。對此，關東軍司令部參謀板垣徵四郎、石原莞爾等認爲要“以寡勝衆”，必須早有準備。爲了制訂可行性大的作戰計劃，關東軍曾多次組織參謀至各戰略要地進行現地偵察及戰術研究。其中規模較大的有三次。第一次是1929年7月間的“北滿參謀旅行”：從旅順出發，經長春、哈爾濱、齊齊哈爾、海拉爾至滿洲里，然後經昂昂溪、泰來、洮南返回旅順。在哈爾濱研究了“進攻哈爾濱的地形判斷”、“松花江渡江作戰”和“佔領哈爾濱的前進陣地”；在齊齊哈爾去海拉爾途中研究了“興安嶺東側地區的遭遇戰”；在海拉爾研究了“海拉爾防禦戰”；在泰來研究了“在洮南集中主力的掩護陣地”等。第二次是同年10月間的“遼西參謀旅行”：從旅順出發，經瀋陽、錦州、山海關至天津、北京，然後返回旅順。這次是以對抗演習的形式進行的預想作業。假設的情況是：“關東軍之一部，在擊潰中國軍隊後進行了掃蕩，主力正向奉天附近集中，其先遣部隊已進至新民屯；而中國軍隊則得到了關內中央軍的增援，先遣部隊被其包圍。”在此假定下，研究了“新民的渡河攻擊”、“向錦州追擊”和“進攻錦州”的作業，實地偵察了錦州的中國軍隊營防，爾後轉入“對山海關西面地區的攻擊”，和指揮後續兵團由秦皇島登陸側擊中國軍隊的作業。第三次是1931年7月間的第二次“北滿參謀旅行”：從旅順出發，經鄭家屯、洮南、齊齊哈爾、昂昂溪、扎蘭屯、海拉爾至滿洲里，爾後取道哈爾濱、長春、公主嶺返回旅順。除了再一次熟悉各地地形外，還在昂昂溪研究了“關於機械部隊的運用”，在泰來附近的開闊地進行了正面防禦的圖上作業。
此外，1930年春，關東軍還組織進行了“攻取奉天城要領”的現地研究；當年夏，進行了“夜襲弓長嶺”的研究；當年秋，進行了“東部國境方面現地戰術”的研究等。
第四是武裝移民
1905年日俄戰爭之後，日本國內從官吏、商人到軍界、財界都在熱烈討論“如何經營滿洲問題”。軍國主義分子兒玉源太郎、後藤新午以及外相小村壽太郎都主張向滿洲移民50萬或100萬人。兒玉說：“戰爭不可能常勝不敗，永久的勝利是與人口的增減相關聯的”，讓更多的日本人定居中國東北，“那麼這個地區自然而然會成爲日本的強大勢力範圍”。由此可見，日本對中國東北的移民是侵略活動，其動因是軍事上、政治上擴張的需要，其步驟是以軍事入侵爲先導，以移民入侵來鞏固它的軍事佔領，併爲新的擴張作準備。日本移民大都是退役的預備軍人，是亦兵亦農的“在鄉軍人”。日本將這些人移往東北，使之成爲關東軍進行侵略擴張的輔助部隊。
1931年“九一八”事變前夕，日本在東北的在鄉軍人約有1萬人，大部安置在南滿鐵路沿線。“九一八”事變前10天，即9月8日，東北日僑在鄉軍人會接到陸軍部的密令，要其分別到瀋陽、長春、哈爾濱報到。9月17日晚，瀋陽的在鄉軍人到日本車站附近的招魂碑前集會，他們臂纏黑紗，聽取狂妄演說，爾後高呼“爲保障滿蒙之既得利權而灑軍人之鮮血”、“打倒侵害日本權益之張學良”等口號，氣焰極爲囂張。
第五是大肆製造侵略戰爭的輿論
1929年爆發了全球性的經濟危機。日本爲了擺脫危機，即大造侵略中國的輿論。1930年，日本經濟危機加深。同年9月，日本軍部的一羣法西斯軍官成立了祕密組織“櫻會”，專門策劃“國內改革”和“以武力解決滿蒙問題”。其綱領中明確提出：“本會以改造國家爲最終目的，爲此必要時不惜使用武力。”櫻會的活動得到日本軍部將領的支持。他們爲了準備對中國的軍事行動，積極作輿論上的準備。
當時日本政府和軍部在侵略東北這個問題上並沒有多大矛盾，只是在做法和步驟上有差異。對日本政府來說，頭等重要的是從經濟上控制“滿蒙”，而軍部則把軍事和政治觀點放在第一位。爲此，日軍部和右翼勢力曾於1931年3月發動軍事政變，企圖建立以軍人爲主體的政權，以便侵佔中國東北。但由於政變計劃不周密、政變軍人內訌，致使政變計劃破產。政變破產後，由於軍、政雙方在侵佔“滿蒙”上的一致，所以對政變軍人沒有追究責任。這些更使右翼的侵略氣焰甚囂塵上，越發加緊策劃侵略陰謀。
1931年3月，板垣徵四郎向關東軍鼓動說：佔有“滿蒙”是“實現日本遠大理想的使命”。５月，板垣和石原又向關東軍鼓動說：佔有“滿蒙”是日本擺脫經濟危機的惟一方法。石原還論斷：惟有開發“滿蒙”，活躍經濟、解決失業問題纔有希望。
1931年8月3日，已被任命爲關東軍司令官、但尚未到職的本莊繁中將，在日軍軍司令官和師團長會議上，以個人名義上書陸軍大臣南次郎，提出日本向外侵略的步驟和近期入侵中國的總設想，聲稱日本“必須乘此世界金融凋敝、蘇聯五年計劃尚未完成、中國尚未統一以前之機，確實佔領我經營三十年之滿蒙……使上述各地與我朝鮮及內地打成一片，我帝國之國基始能鞏固。”至此，日本帝國主義即將把侵略中國東北的輿論化爲侵略行動
