情况下，就占领了北大营。
在关东军第二大队开始攻击北大营时，关东军步兵第二十九联队也作好了出击准备。接到板垣征四郎的命令后，他们于19日零时40分起，对沈阳发动了进攻。
东北军驻扎于北大营，所以沈阳城只由6000多名军警，他们也无一例外地接到了不抵抗的命令。见到日本开始发动进攻，辽宁省政府多次向日本驻沈阳总领事馆进行交涉。每当日军推进到一个新的战略地点，省政府就在事先声明不抵抗政策的前提下，试图向这些平时自己的老相识们问个究竟，可日本领事总以“破坏满铁系中国军队所为，责任在中国”，或“军人行动，领事无权过问”为由，随意搪塞。就这样，一次又一次地，仿佛中国辽宁省政府在向它的“上级”——日本总领事馆报告日军推进的情况。
接到动武的消息，关东军司令部上下一片欢腾。司令部紧急会议立即召开了，参谋长三宅治光主张，“按平时作战计划把我军主力迅速集中于奉天，先发制人，击溃最精锐的奉天附近之敌。”他还不知道，最精锐的中国军队已经自动缴械了。石原莞尔也建议“关东军应断然全力行动，迅速制敌中枢于死命。”最后，本庄繁司令官做出了“关东军全线出击，攻击奉天军”的决定。
在发动对沈阳的进攻的同时，日军还发动了对东大营的进攻。东大营是东北军讲武堂所在地，在沈阳城西约10公里，驻有教职员、学员和其他部队约3000人，并配备有相当数量的武器弹药。事变发生后，东大营的学员听到了枪炮声，当时教官们均不在，学生训练队队长森大木用电话请示荣臻，同样得到了不抵抗的命令。不久后，从北大营逃出的第七旅官兵陆续到来，学员与他们一起向东撤去。正午时分，日军占领东大营后，沈阳也陷落了。
沈阳陷落后，9月19日上午，日军以司令官本庄繁的名义张贴上事先印好的《日本军司令官布告》，首先诬指中国军队制造爆炸事件，袭击日本守备队；接着声称东北方面对侮日行为不加约束，“非严惩之，或恐有其结果不可测知者”；最后还做出进一步恐吓：“然倘有对我军行动欲加妨害者，本军毫无所看过，必出断然处置”。
关东军于9月22日以“军部决心要根除奉天中国方面官宪与平时煽动排日活动的团体魁首之政治及军事阴谋”为由，发布命令逮捕辽宁军政人员，辽宁省主席臧式毅、东北军参谋长荣臻、第七旅旅长王以哲等大名，均赫然见于逮捕人员名单之上。但荣、王等人都已化装逃出了沈阳，臧式毅因自愿留了下来而遭日军软禁。
5月底，张学良因患伤寒病，住进了北平的协和医院。9月18日晚，他大病初愈，偕夫人于凤至和赵一荻小姐，与英国公使一同，在前门戏院观看由京剧大师梅兰芳主演的《宇宙锋》。听到报告后，他连忙赶回医院听电话，并做出了不抵抗的决定。一年前的9月18日，正是他发出巧电，表示“吁请各方，即日罢兵，以纾民困。至解决国是，自有正当之途径”，对正在进行的中原大战进行武装调停，随即引10万大军入关，表示了对蒋介石最大的支持。1930年11月12日，当张学良偕夫人于凤至等抵达南京时，受到了极为隆重的欢迎和接待。蒋介石以对等的身份，而不是以对待下属的方式热情地欢迎他。可以说，张学良政的治生涯达到了最辉煌的顶点。可是一年后的同一天，他却注定了要背负“不抵抗将军”的骂名，不得不黯然下野。从此，张学良四处飘零，并且再也没有回过自己的老家东北。
事变发生的当晚，荣臻正在忙于为其父做寿；黑龙江省主席、东北边防军副司令长官万福麟也留驻北平，黑龙江省军政大权交其子万国宾代理，他在北平遥控，当时他最关心的是尽快将眷属家财由齐齐哈尔再转天津；吉林省主席兼东北边防军副司令长官张作相，因父殁回锦州治丧，由军署参谋长、省府委员熙洽代理；在沈阳城内的东北及辽宁省各机关军政要员，事变前也大半不在岗位。