К 17 сентября все части Квантунской армии, расквартированные на Ляодунском полуострове и в городах Южной Маньчжурии, были приведены в полную боевую готовность. В этот же день приказ о приведении в боевую готовность корейской группы войск японской армии получил из Токио генерал-губернатор Кореи Угаки.
Повод для разжигания конфликта был найден с помощью японских диверсантов. Они заложили взрывчатку в вагон одного из поездов на ЮМЖД и взорвали его в ночь на 19 сентября, когда он находился в пути севернее Мукдена (Шеньяна). Состав сошел с рельсов, что для японского командования оказалось достаточным, чтобы отдать приказ о начале военных действий. Дальше события развивались согласно разработанному плану. В 8.20 утра 19 сентября на месте взрыва две роты японских солдат, вышедшие на полотно железной дороги, были обстреляны китайской полицейской охраной. Они ответили огнем и "сбили" охрану с дороги. В 9.00 в Мукдене на казармы китайских войск и на китайский военный аэродром обрушились тяжелые снаряды японских морских орудий. На сонных китайских солдат рушились перекрытия и стены. На аэродроме горели самолеты и ангары. Китайские войска и охранная полиция, а их общая численность составляла около 10 тысяч человек, не выдержали артиллерийского огня и разбежались, а китайские летчики покинули аэродром. И хотя японских солдат было всего лишь около 500, они заняли основные военные объекты Мукдена.
Через полчаса после "разрушения" пути около Мукдена командир японского гарнизона в Чанчуне, втором по величине городе Маньчжурии, "почувствовал" угрозу своим войскам со стороны китайского гарнизона города, мирно спавшего в своих казармах. Он приказал начать выступление японских частей в 3 часа ночи 19 сентября. Однако на этот раз японские расчеты не оправдались. Китайские солдаты по собственной инициативе, не дожидаясь приказов командиров, оказали японским войскам упорное сопротивление и заставили их отступить на исходные позиции. Вскоре под прикрытием артиллерийского огня японские части вновь перешли в наступление, и лишь к середине дня город был ими захвачен. Потери японских войск составили в Чанчуне около 400 человек убитыми и ранеными.
Войска гоминьдана на территории Маньчжурии в 1931 году численно составляли 115 тысяч человек (12 пехотных и 3 кавалерийские бригады, значительно превосходя японскую группировку. Однако Чан Кайши под нажимом США запретил оказывать сопротивление японцам
К вечеру 20 сентября все крупные города к северу от Мукдена до реки Сунгари были захвачены японскими войсками. Китайские части в беспорядке отступили на северный берег реки. Операция была проведена молниеносно, и это еще раз указывало на то, что план агрессии был разработан заранее и во всех деталях. После войны, когда стали известны многие документы, выяснилось, что по плану, разработанному в генштабе Японии, завершением первого этапа боевых действий являлся выход японских войск на рубеж Сунгари. Дальнейшие операции в Северной Маньчжурии планировалось провести позднее, когда будет ясна реакция китайского правительства, а также Англии, Франции, США и Германии по поводу захвата Японией Южной Маньчжурии.
В это время в столице Японии, узнав о начале агрессии, премьер-министр Вакацуки, занимавший более сдержанную позицию во внешней политике страны, почтительно испросив аудиенцию у императора, изложил ему позицию правительства. Премьер-министр предлагал прекратить агрессию и вернуть войска на Ляодунский полуостров. Вразумительного ответа от "сына неба" не последовало, тогда Вакацуки пришлось обратиться к военному министру генералу Минами, которому подчинялись генштаб и командующий Квантунской армией, и который имел право дать приказ о прекращении наступления и отводе войск. Но генерал ответил премьеру, что "отступление не в традициях японских воинов". Приказ об отводе войск может оказать отрицательное моральное воздействие на японских солдат, и поэтому речь может идти только о продолжении наступательных операций в Северной Маньчжурии. Чтобы успокоить премьера, генерал заявил, что "операция в Маньчжурии предпринята не только в целях защиты жизни и интересов японских граждан и их собственности в этом районе, но и в целях создания барьера на пути распространения коммунизма, в целях предотвращения советской угрозы интересам Японии и других великих держав в Китае".