事变发生时，东北军的代理长官、旅长和三个团长都不在
辽宁大学教授胡玉海告诉记者，在9月18日上午的时候，日本第二师团有一个中队长叫平田到北大营来拜访旅长王以哲。王以哲当时不在旅里，参谋长赵镇藩接待了他。平田说：最近我们双方事情很多，怕发生一些矛盾和冲突。实际上当天晚上进攻沈阳市就是这个平田负责的，实际上这一天他是到北大营来刺探情况的，看看北大营动静怎么样，通过谈话看一看北大营的军官有没有这方面的准备，但是我们这方是毫无准备的。
1931年9月18日夜，东北边防军代理长官张作相在老家锦州给父亲办理丧事，旅长王以哲到沈阳城里参加社会活动，三个团长都回家住宿去了，只有旅参谋长赵镇藩住在营区。
远在北京的张学良正带着太太于凤至在前门外的中和戏院里看戏。此时，日军的行动开始了，他们第一个目标就是北大营西侧的柳条湖。
胡玉海说：“晚上十点多钟，住在虎石台的独立守备队第三中队，就是川岛中队，带了105个人从虎石台南下到北大营的西侧，7个人到离北大营大约500米的柳条湖那儿安排炸药炸铁轨，大约是10点20分的时候，铁轨爆炸的声音响了。”
爆破完成后，日军逼迫两名中国百姓穿上东北军士兵的服装，然后开枪把他们打死，制造了中国军人炸毁铁路的假现场。
正在沈阳大和旅馆的日本关东军高级参谋坂垣征四郎在接到柳条湖爆破成功的电话后，以关东军司令官本庄繁的名义连下了四道命令，要求关东军进攻北大营和沈阳。
六百日军攻破北大营
到19日凌晨，攻打北大营的日军共有600多人，而北大营内三个团和三个特种连共有12000多人。后人评论说，无论从哪一方面说，这一战都是关东军的一场豪赌。陈广忠回忆道：“事情发生得太突然，连长来叫，枪声响了以后我们才知道日本人打进来了。”
日军一开始是从西北角进去的，当时621团在西北角，619团在中间，620团在东侧，首先是621这个团冲进这个军队的兵营，士兵已经都睡觉了，好多士兵没有准备，一边逃一边跑，因为枪也没有在手里，有的赶紧找枪，有的做局部的反抗。
