19点20分，日本关东军司令官本庄繁下令，所有日军部队进入攻击位置，并封锁主要交通要道。本庄繁也好、石原莞尔也好、板横征四郎也好，他们谋划、制定的九月十八日发动军事进攻，事前并没有日本陆军大本营的命令，也没有天皇的命令。

虽然图谋东北的计划早就有之，但是日本内阁及政坛的精英们，认为时机不够成熟，再加上国内、国际上的压力，要求他们必须小心翼翼。然而，日本陆军部的主战派，认为采取军事行动是天赐良机，因此发动东北军事事变，完全是几位私下制定的的行动计划，其目的就是推动内阁及天皇，面对无情的事实，默认关东军的行为，因为日本军人，必须证实自己的价值。

作为策划这次事变的石原莞尔、土肥原贤二、板横征四辆，他们成功的说服了司令官本庄繁，促使本庄繁孤注一掷、铤而走险。本庄繁心里清楚，军事对比，当时关东军在南满只有1万五千人，而东北三省东北军有20万人，另外其精锐部队十一万人在关内。

本庄犯的信心来自于，一是日本关东军强大的战斗力，二是东北军虽然有20万之众，但是兵力十分分散，而且战斗力弱。虽然奉天北大营有1万精锐部队，但是只要吃掉这一万精锐，整个奉天乃至周边地区就会轻而易举控制在手，一旦情况危急，朝鲜驻屯军很快开进中国境内增援，另外，事变成功后，日本国内将被迫默认这次军事行动，必然全力以赴。

在柳条湖铁路爆炸的同时，岛本中队长率领200人立即向北大营发动进攻，紧接着驻守奉天城关东军第二步兵师第二旅第29团一部，开始由南面向北大营发动进攻，日军铁路守备队第二营由北面向北大营同时发动进攻。

其实早些时间，王一哲和驻守在北大营第七旅官兵，已经嗅到日本人的军事调动，可是张学良严令他们面对日本人的挑衅，要不予理睬、不得违令向日本人进行主动进攻。就在当晚，日本人全副武装，向北大营靠近，北大营哨兵和值班军官看到这番情景，各个都义愤填膺，但是在严令下，他们只能呆在兵营，眼睁睁的看着日本人在挑衅、听天由命。

柳条湖的一声爆炸，熟睡的官兵被惊醒，他们还没搞清楚怎么回事，炮弹和密集的枪弹便打在他们身上，顿时兵营内乱成了一锅粥，而个别有血性的军官自发组织开始还击。接着他们向城内的旅长王一哲报告情况。

王一哲不敢怠慢，立即上报东北军参谋长荣臻和省长藏式毅。二人惊慌失措没有注意。省长藏式毅火速给日本住奉天领事馆打电话进行交涉，日本领事的回答是：军人行动，领事无权处理，其实就是默认了日本关东军的军事行动。

与此同时，参谋长荣臻向北平张学良官邸打电话，得到的回答是，张将军携夫人正陪着英国大使看戏，无法取得联系。此时北大营的军官一再催促他怎么办？事前张学良一再下令，对于日本人的挑衅要忍让克制。荣臻只好含泪下达命令：“不抵抗，即使勒令缴械、占领营房，均可听其自便。没有办法王一哲只好下达了撤退的命令。

撤退命令下达北大营后，有两个团便率先仓皇撤退，可是撤退命令却遗漏了正在率部进行顽强还击的620团团长王铁汉部。此时王铁汉率领部队仍然进行顽强阻击，日军的炮弹在身边不断的爆炸，密集的枪声不断的打在士兵的身上，情况万分紧急。

“报告团长，其它两个团已经撤走了，听说他们接到了撤退命令，我们怎么办？”一名副官禀告。王铁汉骂道：“他妈的都是怕死鬼，我没有接到突围的命令，告诉弟兄们给我死守，谁胆敢后退一步，就地枪决。”

王铁汉作为有血性的军人，已经完全把生死置之度外，向日本人还击是他义不容辞的责任。临晨1时，日军已经突进兵营，处于三面包围的北大营，顿时凶险起来，情况万分危急。此时只有北大营西部没有日军。这时副官仓惶报告，弹药库被日军占领了，人员已经伤亡了500多人。

处于敌人的包围之中，而且弹药越来越少，在没有援兵的情况下，不少官兵失去了信心，战之临晨三时，王铁汉只好命令部队向西突围。而日本人参与进攻北大营的兵力，只有区区600百人。临晨四时北大营被日军占领。