回到沈陽後，張學良才得知父親的死訊。為保國家大業，張學良強忍悲痛，模仿父親的筆跡簽發命令。等到把一切相關事宜都安排好了，東北地方政府才對外宣布張作霖的死訊。從此以後，為了懷念死去的父親，銘記殺父之仇，張作霖的忌日便成了張學良將軍的“生日”。
張學良主政東北之初，日本人並沒有把這位“少帥”放在眼裏。當時，擔任張學良軍事顧問的日本特務頭子土肥原賢二起草了一份計劃，想讓張學良在東北稱帝，擔當日本人統治東北的傀儡。出乎土肥原意料的是，當他把這份精心策劃的文件送到張學良麵前時，少帥當麵質問他：“你讓我當什麼滿洲皇帝，你這是什麼意思！”碰了一鼻子灰的土肥原說不出一句話，隻好夾起皮包，悻悻而去。隨後，張學良要求日軍參謀本部將土肥原調走，得到的回答卻是：“這個顧問是日本政府派來的，我們沒權調動。”心頭滿是怒火的張學良將軍對來人說：“好，你們沒權，我沒法子。那麼我有這個權吧——我不見土肥原！我不跟他談話！以後土肥原顧問來，我任何時候都不見。”
1928年12月12日，張學良宣布東北易幟，服從國民政府領導。國民政府在形式上完成了統一。當時，在東北有不少日本間諜，但事先對此事卻毫無察覺。
從1929到1931年夏，關東軍參謀部先後四次以“參謀旅行團”的名義在東北各地係統搜集情報，擬定各種計劃方案。日本軍國主義分子也積極為侵略東北做準備。
1931年4月，原駐日本寒冷地區仙台的第二師團輪駐遼陽；為對付沈陽城堅固的城牆，日本又從東京調運兩門24厘米榴彈炮，配屬日軍駐沈陽第二十九聯隊兵營，炮口預先瞄準北大營和飛機場；7月，又從本土增派一個師到朝鮮，準備隨時渡過鴨綠江參戰。同時，日本還將熟悉中國情況，擔任張作霖顧問多年的本莊繁調任關東軍司令官；將一直從事於策劃進攻東北，主持製定過多份解決滿蒙問題大綱的參謀本部情報部長建川美次少將調任作戰部長；另將“九·一八”事變的主謀之一、綽號“日本之腦”的石原莞爾以及阪垣征四郎等人調至關東軍參謀部任職。
此外，日本還施展調虎離山計，策動閻錫山與漢奸石友三等人挑起反對張學良的戰爭，將介入1930年中原大戰的東北軍主力繼續吸引在關內，致使東北兵力空虛。至此，日軍在東北的準備基本就緒，隻等待著合適的時機，尋找借口發動侵略戰爭了。
九·一八事變
九·一八事變（又稱沈陽事變；日本稱滿洲事變，因中國東北被日本稱作滿洲）指1931年9月18日在中國東北爆發的一次軍事衝突和政治事件。衝突雙方是中國東北軍和日本關東軍。九·一八事件爆發後，日本與中國之間的矛盾進一步激化，而在日本國內，主戰的日本軍部地位上升，導致日本走上全麵侵華的道路。這次事件爆發後的幾年時間內，東北三省全部被日本關東軍占領，因此被中國民眾視為國恥，直至今日，9月18日在中國許多場合都被稱為“國恥日”。
事變背景
1.日本國內情況
1921年華盛頓會議後，日本開始大規模裁軍。1921年日本的軍費為七億三千萬日元，1930年則裁減到五億日元以下，裁減額達40%。可是大規模裁軍卻引起了軍人們的強烈不滿。自從明治維新以來，日本一直奉行軍事優先的原則，培養了大批職業軍人。對於職業軍人來說，除了軍事以外他們沒有其他特長，裁軍等於砸他們的飯碗。此外，裁軍以前職業軍人是社會上最受尊敬的人，軍隊是最光榮的職業。但裁軍開始後，職業軍人一下變成社會上多餘的人，最好的學生不再報考軍事院校，一些飯店甚至拒絕穿軍服者進入。裁軍給職業軍人們帶來的失落感和焦躁感是可想而知的。
不滿的軍人開始秘密集會，天劍黨、櫻會、一夕會等軍人秘密組織紛紛成立，後來廣為中國人所熟悉的東條英機、岡村寧次等人，都是一夕會的成員。不過當時最有名的還是石原莞爾，是他提出“滿蒙生命線”的理論。石原也是後來９·１８事變的主謀。
1927年6月，日本首相田中義一主持召開“東方會議”，確立了“把滿洲從中國本土分裂出來，自成一區，置日本勢力之下”的侵略方針。兩年後，世界資本主義經濟危機波及日本，到1931年，日本陷入極端困難的境地。日本政府急於發動一場對中國東北的戰爭，借以轉移國內人民的視線，緩和階級矛盾，醫治經濟危機造成的創傷。
2.日本控製東北鐵路
１９０５年，日本在日俄戰爭中獲勝，通過日俄講和條約，將中國旅順、大連等地的租借權和長春－旅順的鐵路及附屬設施的財產權利占為己有。此後，日本創立“南滿洲鐵道株式會社”，並有關東軍負責鐵路沿線的警備。
3.田中奏折
１９２７年６月，日本召開“東方會議”，並製定了《對華政策綱要》（即田中奏折）。在田中奏折中曾經提到：“惟欲征服支那，必先征服滿蒙，惟欲征服世界，必先征服支那。倘支那完全可被我國征服，其他如小中細亞及印度、南洋等異服之族，必畏我敬我而降於我。”這份奏折在１９２９年被曝光，當時的南京國民政府以及日後的中國政府均認為是日本奉行對付中國政策的證明。