日本在密谋发动“九·一八”事变的同时，就策划了怎样统治中国东北的具体办法。早在1931年4月，日陆军参谋部在《形势判断》中曾提出3种形式：（1）建立名义上受中国政府管辖，实际上亲日的政权；（2）建立“脱离中国本土”的“独立国”；（3）将中国东北直接划入日本版图。事变发生后的第二天，关东军达成一致意见，即建立所谓“独立国”。
9月22日，关东军拟定《解决满蒙问题方案》，在此方案中明确提出：在“满蒙”成立一个由日本支持，“领土包括东北三省和蒙古，以宣统帝为元首的新政权”，国防和外交委托日本帝国掌管，交通和通讯的主要部门也由日本管理。
9月23日，本庄繁进一步提出建立满蒙政权的三原则：（1）使满蒙完全脱离中国本土；（2）关东军把“满洲”和蒙古统一起来；（3）在表面上由中国人统治，但实质上要掌握在日本人手里。
日本急于建立一个名义上的傀儡政权的目的在于：以华制华，长期占领。同时造成既成事实，混淆国际视听，掩盖侵略行径。
日本发动“九·一八”事变，是对凡尔赛—华盛顿体系的挑战，在国际上引起了轩然大波，遭到苏联和世界舆论的谴责，西方大国也对日本的行为表示不满，使日本在国际上极度孤立。
为了缓和国际压力，1931年9月24日，日本发表了《关于满洲事变的第一次政府声明》，否认日本出兵是“军事占领”，并声称“帝国政府在满洲没有任何领土欲望”。显然，建立“独立”的满洲国”有利于欺骗国际舆论，巩固已占领的地区，将中国东北变成它扩大侵略的军事基地。
为了使伪满洲国尽快建立起来，日本策动汉奸宣布“独立”，拼凑东三省伪政权。日本驻中国东北各地领事、特务机关纷纷出动，进行拉拢和策划活动。
1931年9月26日，熙洽声明在吉林成立“吉林省长官公署”，旋又声明同南京国民政府和张学良地方当局脱离关系。
9月22日，张景惠在哈尔滨宣布“自治”，27日，成立“东三省特别区治安维持会”；1932年元旦，最终宣布“独立”。
在辽宁，1931年9月24日，通过土肥原的策动，汉奸袁金铭组织了“奉天地方自治维持会”。
与此同时，日军又指示汉奸组成“辽宁四民临时维持会”，以恭亲王溥伟为会长。10月20日，关东军以赵欣伯接替土肥原，任伪奉天市长。11月20日，日军将辽宁省改称奉天省，解散“维持会”，任命前辽宁省政府主席臧式毅为伪奉天省长。
锦州沦陷后，马占山开始动摇，认为张学良“回不到东北了”，“应该想自存之道，保全实力”。遂于1932年1月6日赴哈尔滨与张景惠会晤，同意合作“建立黑龙江省政府”。当日下午，张景惠去齐齐哈尔，次日宣布就任“黑龙江省长”之职。
东北三省的伪政权拼凑起来后，日军开始有计划地控制中国废帝爱新觉罗·溥仪。
溥仪自1924年11月被冯玉祥赶出紫禁城后，一直被日本人所庇护，居于天津日本租界。1931年10月29日，土肥原到达天津，诓骗和引诱溥仪到东北。土肥原迎合溥仪期盼复辟“大清帝国”的强烈欲望，谎称帮助溥仪到东北重新登基。为了免除溥仪的怀疑，促使溥仪终下决心，土肥原又使伎俩，指示汉奸于11月8日在天津制造暴乱，土肥原乘机劫持溥仪离开天津，于11月13日到达营口。随后密送旅顺，静观时机。
11月21日，国联大会决定组成李顿调查团赴中国东北调查“九·一八”事变。为了对付李顿调查团，日本决定利用调查团尚未踏进中国国土的时机，加快策划成立“满洲国”的步伐，企图给占领东北披上“合法”的外衣，蒙骗世界舆论。
1932年1月4日，本庄繁同幕僚拟定出最后具体方案。方案决定成立管辖东北四省和蒙古的“满蒙中央政府”，定都长春，由溥仪担任首脑；中央政府设参议府，由蒙、满各1人，汉人3人，日本人3人组成；日本军队担当新国家的“国防军”。该政府最迟在3月上旬，即国际联盟调查团到达东北之前成立。关东军的方案谎称，“满蒙中央政府”是中国人本身从内部分离出来的，并不违背《九国公约》和国联盟约的精神。这一方案由板垣携往东京，日皇裕仁破格接见了坂垣。
1932年1月13日，坂垣携日本陆军省、海军省和外务省制定的《中国问题处理方针纲要》返回沈阳。1月22日，关东军参谋长三宅光治召开了“建国幕僚会议”，具体制定了建立伪满洲国的方案。此后，便加快了建立伪满洲国的速度。2月16日，按照关东军的指导和坂垣拟定的方案，张景惠等各地汉奸头目在沈阳召开炮制伪满洲国的“建国会议”。17日，以张景惠为委员长的伪东北行政委员会宣告成立，并于次日发表宣言，与南京国民政府脱离关系。
25日，坂垣代表关东军司令官向“东北行政委员会”提出经日本政府和军部批准的方案，指定国名为“满洲国”，元首称“执政”，年号“大同”，版图包括奉天、吉林、黑龙江、热河四省及呼伦贝尔、哲里木、昭乌达、卓索图各盟，以红蓝白黑满地黄五色旗为“国旗”，国都定在长春，改称“新京”。
2月22日，坂垣到旅顺与溥仪会晤。痴心复辟的溥仪不肯出任“执政”，要求恢复帝制。后在坂垣威胁要“用对待敌人的手段做答复”的情况下，溥仪答应暂任执政一年。这样，伪满洲国的筹备工作便告结束。
1932年3月1日，按照日本的旨意，张景惠以“伪满洲国”政府的名义发表了《建国宣言》，宣布伪满洲国成立以溥仪为执政，郑孝胥为国务总理。3月9日，溥仪在日本文武官员和大小汉奸簇拥下，在长春粉墨登场，就任执政。3月10日根据关东军司令部提出的名单，溥仪任命了伪满洲国的主要官吏。
随后，溥仪同本庄繁以“换文”的方式签订了日满密约，规定：“满洲国”之国防及维持治安委诸日本；“铁路、港湾、水路、航空线等之管理并新路之布设”，均委请日本及日本指定之机关；日本人可任“参议”和“其他中央及地方各官署之官吏”，关东军司令有“保荐”权、“解职”权等。
1932年3月伪满洲国宣布成立，溥仪举行“就职典礼”。1932年9月15日，日本宣布正式承认伪满洲国。同一天，日“满”在长春签订了《日满议定书》，规定伪满尊重和确认“日本国或日本臣民在满洲国领域内根据以往日中两国间的条约、协定、其他条款以及公私契约所享有的一切权力和利益”；“日本国军队驻扎在满洲国境内”，两国共同担负防卫国家的责任。
《日满议定书》以正式条约的形式，确认了日本在中国东北的军事、政治和经济的控制权，日本指挥“满洲国”的一切行动，中国东北从此沦为日本的新型殖民地。
1934年3月1日，伪满洲国更名为“满洲帝国”，溥仪在长春郊外的祭坛上，告天即皇帝位，年号康德，郑孝胥改称国务总理大臣，行政体制改为君主立宪制。
1934年10月1日，“满洲帝国”公布新的《省官制》，将热河省在内的原东北四省划为10个省，12月又把原来的兴安省划分为东、南、西、北四省。实际上分为奉天、滨江、吉林、龙江、三江、间岛、安东、锦州、热河、黑河、兴安东、兴安南、兴安西、兴安北14省。此外还有新京、哈尔滨两个特别市和东省特别区。1937年增设通化省和牡丹江省。1939年增设北安省和东安省。1941年增设四平省。这样，伪满洲国最后便为19省、2市所构成。
伪满洲国实际上是日本的傀儡政权，它的成立，为日本帝国主义进一步扩大侵略中国的战争，并最终发动太平洋战争，提供了前进基地。