9月18日夜，日本在沈阳的驻军只有独立守备队第二营和第二师的第二十九团，人数仅几千人。柳条湖事件发生后，日军连夜向沈阳增兵。驻扎在铁岭的部队，于19日凌晨4时到达沈阳，配合第二营于5时30分占领北大营。与此同时，驻扎在海城和辽阳等地的第二师所属部队及师长多门二郎也于19日凌晨5时抵沈阳，与原来驻在沈阳的第二十九团一起行动，6时30分占领沈阳内城。然后该师又与独立守备队采取联合行动，向距沈阳10公里的东大营进攻，日军南北夹击，东北军和讲武堂学员不战而退。中午12时许，日军占领了这个东北军的第二大营。由于东北军绝大多数部队执行了蒋介石“不准抵抗”的命令，一夜之间，日本侵略军便轻而易举地占领了沈阳城。东北边防军长官公署、辽宁省政府、兵工厂、飞机场及一切重要军政机关和东三省官银号等悉被占领，所有驻省城的军警均被缴械。仅沈阳兵工厂，即损失步枪15万支，手枪6万支，重炮。野战炮250门，各种子弹300余万发，炮弹10万发，东三省航空处积存的300架飞机，尽为日军掠去；其唯一的金库所存现金7000万元，亦被洗劫一空。

9月18日夜里，关东军在南满铁路沿线展开了全面攻势。19日，日军攻占南满、安奉两铁路沿线的重要城镇营口、田庄台、盖平、复县、大石桥、海城、辽阳、鞍山、铁岭、开原、昌图、四平街、公主岭、安东、凤凰城、本溪、抚顺、沟邦子等地。19日凌晨4时，日军向长春发动总攻，中国守军奋起抵抗。当日22时许，长春陷落。

蒋介石、张学良拱手让敌东北大好河山转瞬沦陷。

9月6日，张学良电令驻沈阳北大营旅长王以哲：“中日关系现甚严重，我军与日军相处须格外谨慎。无论受如何挑衅，俱应忍耐，不准冲突，以免事端。”同日，又电臧式毅、荣臻称：“对于日人，无论其如何寻事，我方务须万方容忍，不可与之反抗，致酿事端。”参谋长荣臻命令北大营驻军：“不准抵抗，不准动，把枪放到库房里，挺着死，大家成仁，为国牺牲。”

驻沈阳北大营的东北军第七旅，8月间即预感到日军要采取行动，旅长王以哲专程到北平请示张学良。张学良说：“蒋指示暂不抵抗，准备好了再干，一切事先从外交解决；……遇事要退让，军事上要避免冲突，外交上要采取拖延方针。”王以哲根据这一方针，决定对于日军的进攻，采取“衅不自我开，作有限度的退让”的对策，“在万不得已的情况下，全军退到车山嘴子附近集结，候命行动”。这样，不抵抗主义，从中央到地方层层下达，贯彻比较彻底。结果造成大片国土轻易地落入敌手。满铁的土木建筑公司经理神谷仙次郎在日记中，夸耀日本侵略军进攻“北台(大)营的战争，创造了世界战争的记录，敌人有1.2万人，而关东军用650人即以1/20的兵力，战斗7小时，就把它攻占了”。沈阳的陷落，也并不是日军攻陷的，基本上是从敞着的大门开进来的。当日军进攻北大营时，沈阳城门大开，荣臻和臧式毅会商应付办法，认为日领事馆已经说了日军不进城，“如果进城，吾方即闭城门，日军亦可用炮击毁，不若开城听其如何”。果然。日军一炮未发，便从敞开的城门进入城内。

事件爆发后，蒋介石仍令不抵抗。目居北平的张学良一夜之间十几次致电南京蒋介石请示，均不准抵抗。蒋指示张学良：“日军此举，不过寻常寻衅性质，为免除事件扩大，绝对抱不抵抗主义。”在这种不抵抗政策下，拱手让敌，使东北大好河山沦于敌手。