“九·一八”事变发生后的10月上旬，芳子奉田中隆吉之命赶到奉天，投到板垣关东军高级参谋的指挥之下。
芳子不仅能自如地使用中日两国语言，而且田中为了把她“培养成一个出色的间谍而倾注了全力”，还教会了她说一些英语，加上她那清室王女的堂皇招牌，使她更便于在这个混乱时期尽力施为，成为一名日军不可多得的战地谍报官和多面间谍。
当时，日本在沈阳的特务机关长土肥原贤二正秘密策划拥立清废帝爱新觉罗·溥仪，建立傀儡政权伪“满洲国”。他将溥仪从天津静园秘密接到旅顺大和旅馆。
由于是顶风作案，走得太过匆忙，溥仪的侍从班子和“皇后”婉容仍滞留在天津。婉容误以为自己已被溥仪抛弃，因此闹了个天翻地覆。
日本军方为了安抚溥仪，尽快实施“大东亚共荣圈”计划，立刻派遣川岛芳子作为密使，去天津迎接婉容，而且此事必须做得神不知鬼不觉。
1931年11月的一天，一位着装入时、窈窕妩媚的漂亮女人来到了天津日本租界宫岛街溥仪的住宅。这就是川岛芳子，她受关东军参谋长板垣之托，秘密来津，企图将婉容接到“满洲”。
川岛芳子再三琢磨，最终采取偷梁换柱之计，用一口棺材将婉容运出了天津，送达关东军手中。然后，成功地使婉容坐上了一艘经过伪装的开往大连的日本兵舰。
婉容除身上穿的一套衣服外没带任何东西。平安抵达大连后，婉容对“这次可怕的成功的冒险”深感满意，于是便把母亲遗留下来的翡翠耳坠赠给了川岛芳子，以示感谢和纪念。
伪“满洲国”建立后，日本关东军论功行赏，特别嘉奖川岛芳子，授予她陆军少佐军衔，成为日本军阶最高的女子。
1932年1月10日，日本东北方面占领军以关东军参谋长板垣的名义给上海的特务总长田中隆吉发去一封长电，意思是：
希望你在上海挑起事端，把各国的注意力吸引过去，届时关东军则趁机实现满洲独立。
当时上海有个毛巾厂叫三友实业社，田中命令川岛芳子用金钱和色相诱使这个公司的工人去袭击日本山妙法寺的日莲宗的僧侣，使3人受重伤，其中一个叫水上秀雄的因伤势严重而死亡。
事件发生后，川岛芳子把一笔经费交给在上海由日本人组成的“日本青年同志会”，委任重藤千春宪兵大尉指挥他们袭击三友实业社，进行报复性的袭击。从表面上看，这似乎纯粹是群众性的报复行动，与日本军方没有任何关系。但是这样一来，日中两国在上海的对立，已达到一触即发的危险状态。
尽管后来上海市长吴铁城曾就日莲宗僧侣遭受袭击一事照会日本在上海的总领事馆，做出书面道歉，并无条件地答应了日方提出的4项无理要求：第一，向日本道歉；第二，处罚肇事者；第三，负担伤亡者的治疗费、赡养费；第四，立即解散抗日团体，取缔排日活动。
但日本第一外遣舰队司令官盐泽幸一少将在1月28日下达了进攻命令，日本海军陆战队向上海闸北区发起进攻，并与当地守军第十九路军展开了激烈的战斗。
这就是中国历史上著名的一·二八事变。
一·二八事变发生时，川岛芳子只身潜入吴淞炮台，查清了该炮台的大炮门数，然后向田中的上司——上海临时派遣军参谋长田代皖一郎少将作了报告，对日本制订作战计划起了很大作用。
与此同时，芳子又假扮男生，每夜都在上海百老汇的俱乐部狂欢。通过这种灯红酒绿的生活，川岛芳子又接触到孙中山之子、立法院院长孙科，抢先捕捉到蒋介石下野的消息。
此外，为了摸清中国方面的抗战动向，第九师团的植田谦吉中将曾派川岛芳子设法到第十九路军摸底。川岛芳子受命后，秘密地来到第十九路军军长蔡廷锴住所与之攀谈，弄清了蔡的抗日意向非常坚决，并把这一情况报告给植田师团长。
事实证明，芳子的情报是正确的，事后，植田评价川岛芳子，说她“可抵一个精锐的装甲师团”。由于各国使团出面调停，日本迫于国际压力，不得不尽早结束战争。
就在中日双方为结束一·二八事变缔结停战协定时，川岛芳子通过田中的介绍，利用自身的优势和间谍的素质，很快认识并接近了国民政府中央政治会议秘书长唐有壬，并从唐那里得悉上海的中央银行业已濒于破产，国民政府迫切希望停战。
川岛芳子立刻把这一情况报告了日本政府，结果使日本在停战协议上占尽了便宜。
另外，田中还命令芳子去探听英国对伪“满洲国”独立问题的意向，而川岛芳子也没有辜负田中的厚望。她没费吹灰之力便从英国记者那里获知，英国政府将在国际联盟上对这个问题使用否决权，使他们对日方在一·二八事变中的侵略行径能够施以“谅解”。
由此可以看出，川岛芳子作为一个进行阴谋活动的媒介体、一名超级间谍，为日本的“战争机器”填补了不少有用的零件。