沈阳位于东北平原南部、辽河平原中部、浑河北岸，是一个军事要地。公元713年，唐朝将这里设为沈洲。元朝初期，改称沈阳，并设置官署，沈阳成为军事、政治和交通重镇。公元1621年，努尔哈赤攻占沈阳。鉴于沈阳地理位置的重要，努尔哈赤把官府从辽阳迁到沈阳。
1644年，清朝入关后将沈阳改为“陪都”。日军入侵东北后，沈阳便成了他们追逐的重要目标。日俄战争结束后，日本在沈阳设置总领事馆。东北军的政治、经济和军事最高行政机构大都设在沈阳。因为沈阳位置的重要，关东军以为占领了沈阳就可以侵占整个东北。于是，他们选择在沈阳附近的柳条湖制造事端。
柳条湖村位于沈阳市北郊，面积近8平方公里，大多是柳林丛生的沼泽地，还有小部分菜地和庄稼地，居民只有20多户人家。据当年参与策划柳条湖事件的日军3个核心人物之一的花谷正在《文献昭和史》中对当时的情节作了这样的描述：“9月18日夜里，一弯明月落进了高粱地里，天色顿时昏暗下来。疏星点点，长空欲坠。岛本大队川岛中队的河本末守中尉，以巡视铁路为名，率领部下数人向柳条湖方向走去。一面从旁边观察北大营的兵营，一面选了个离兵营约800米往南去的地点，河本亲自把骑兵用的小型炸药安装在铁轨下，并点了火，时间是10点过了，轰的一声炸响，铁轨和枕木都炸飞了。”
关东军独立守备队第二大队（驻沈阳）第三中队（驻虎石台）队副河本末守中尉带领6名士兵来到北大营西南800米处的柳条湖，把42包黄色小型炸药放在南满铁路的轨道上。10时20分，河本点燃导火线后，转身跑下路基躲起来。
只听“轰”的一声响，炸药爆炸了。关东军原来打算将长春开往沈阳的十四次列车炸翻，可是，“火车奇迹般地摇摇晃晃通了过去”。爆炸的结果，一段长1.5米左右的铁轨被炸弯了，并且毁坏了两根枕木。
原来，炸药“装填不充分”，威力并不大，“这次和炸死张作霖的时候不一样”。因为南满铁路是日本人自己的，关东军只不过以这一事件为借口，而不是真的想把铁路炸坏。所以，“事先让工兵作了计算，直线单面铁轨即使炸断一小段，遇上正在高速行驶的火车，也只要它暂时倾斜一下，还能够通过。根据计算所得的这个安全系数，规定了所需的炸药数量”。
日本侵略者炸毁了柳条湖铁路后，反而污蔑是中国军队所为。为了嫁祸于人，日军将3具穿中国士兵服装的尸体抛在现场，然后造谣说是中国军队破坏了南满铁路，袭击了日本守备队。其实，日本军人玩的这套把戏并不高明，很快就被人识破了。中国人的尸体放在离铁轨50米到150米的地方，死者的头部对着爆炸点。这种把死人扔到现场的愚蠢做法，日军已不是第一次了。
当晚11时18分，花谷正以土肥原贤二（在东京）的名义向关东军参谋长三宅光治和陆相南次郎发了一份电报，宣称：“18日晚10时半左右，在奉天北方北大营西侧，暴虐之中国军队破坏我南满铁路，袭击我守备队，与赶赴现场的我守备队一部发生了冲突。”大约50分钟后，花谷正又向东京发出第二封电报：“北大营的中国军队炸毁我南满铁路，其兵力三四个连，现已陆续逃回营房。我虎石中队于23时许，在与北大营敌军五六百人作战中，已将该营之一角予以占领，而敌仍不断增加机关枪和步炮，我守备队目前在苦战中。”随后，花谷正发出第三封电报：板垣参谋正作如下之区分：1.守备队第二大队扫荡北大营之敌；2.步兵第二十九联队攻沈阳城；3.守备独立第五大队攻北大营以北；4.要求第二师团增援。9月19日凌晨1时7分，关东军向陆军本部发出一封电报，称：“18日夜10时半左右，在奉天北方、北大营西边，暴戾的华军破坏了满铁路线、袭击了我守备队，与奔来的我方守备队的一部发生了冲突。根据报告，奉天守备第二营已开向奉天。”不久，关东军司令官本庄繁发布公告，声称：昭和6年（1931年）9月18日午后10时30分时，中华民国东北边防军之一队，在沈阳西北侧北大营附近，炸破我南满铁路，驱其余威，贸然袭击日本军守备队。是彼开始敌对行动，甘为祸首。抑我南满铁路者，往年日本帝国依据条约正当获得，归属我所有。即在帝国对此，使他国一指尚未敢染。今遇中国东北军，不但敢犯之，更竿头进一步，至于对帝国军队发枪开炮。是彼东北军自对我军来求挑战明矣。晚近考察东北方面情势，对我利益频繁迭起侵害行为，境内到处发生侮日行为，自决非一时的感情之诱因，常以惯用似的，藐视国际道义，狎习侮日行为者，只观东北军权之计划的行为外，明知何物不存在，任其骄势所趋，于今非应惩之、或恐有其结果不可测知者。熟思敢行动暴举者非华国民众，彼怀抱野心一部军权之行为也。本职夙负保护铁路之重责者，因为拥护其既得之权利，确保帝国军之威信。兹方执断然处置，无敢所踌躇……
9月19日这一天，日本各家报纸纷纷刊出号外，在《奉天军爆破满铁线，日华两军启战端》的大标题下，作了歪曲事实的报道：“暴戾的华军炸坏了满铁路线，袭击我方铁路守备队”，这是“奉天军的有计划行动”。
9月22日早晨，被派到东北传达日本军部意见的建川回到日本，一到军部，他还煞有介事地说道：“简直愚蠢得像是在骗小孩子一样。我一到奉天，就向前来迎接的板垣大佐传达了中央的意志，当晚就在下宿的地方和他们一起吃饭，睡着后，闹出了那件事来。就想立刻赶到现场去看一下，哪里知道下榻地方的门口已经配备了卫兵，据说‘出去有危险’，不让通过。看来是害怕我去干涉他们，因而把我软禁起来了，真是不懂道理的做法。”
1945年11月，本庄繁自杀前还在歪曲事实，他在临死前写了一份遗书，其中写道：有关“九一八”之日记与文件，在空袭中均已炸失，今凭记忆所及，一写多年之情况：我于昭和6年8月，接受关东军司令官任务。其时中国排日运动甚烈，币原外相力谋中日合作皆无效果，满洲情形尤恶。中村中尉、井杉曹长，皆持有护照而被杀害。万宝山朝侨受虐待……吾人演习地区，每被限制在铁路区内举行。有时中国军队故意与我军同时演习，构成威胁……9月18日，北大营中国军队，将柳条沟南之南满铁路之轨炸毁，我演习中之士兵乃反击驱逐之！我接到报告，时间仓促，不能向东京请示，乃发出必要命令，但在发令以前，我军已施攻击，关东军旋即全部动员。关东军之责任，除护路外，尚有保卫国家之权利，侨民与军队之安全……当时关东军数目，只有10000余人，中国兵力约20万，如不及时采取行动，我军有被歼灭之虞。
本庄繁颠倒黑白，把事变的责任全部推给中国东北军。无论本庄繁怎样掩盖真相，但事实究竟是事实，谁也篡改不了。就连日本人也不得不承认，炸毁柳条湖铁路一事是日本军人所为。
当时担任关东军参谋长的三宅光治在战后承认：“炸毁铁轨之事，我只据下属报告，未予调查。我推测此事当是日人着中国军服所为，本庄繁司令官同意我之推测。”原日本驻沈阳总领事馆的工作人员森岛守人在其著作中写道：“九一八”炸毁铁轨之事，系今田欣太郎所为。今田强令中国苦力炸去铁轨，中国苦力不愿，今田吓之，中国苦力勉强轻炸一小段，今田将中国苦力杀死，指为华兵。日本朝日新闻出版社出版的《走向太平洋战争的道路》一书也认为系今田欣太郎所为。书中写道：今田担当黄色炸药方形42包的准备，于9月18日上午，将当晚举事的消息布置给河本末守、野田耕夫、田村正。川岛率部下105人向文官屯以南出发，河本率松冈军曹七八人，将预置于铁轨两侧的炸药爆炸了。
林久光治在事变发生时曾致电币原外相：据南满铁路木村理事来信，满铁公司工匠闻柳条湖铁轨被炸，打算去修理，却被关东军阻止。综合各方面情况，此次事变当是日本军人所为。战后，《远东国际军事法庭判决书》也已明确认定：柳条湖事件“是日本人有计划实行的”。
（九）袭击北大营
爆炸发生后，埋伏在4公里以外文官屯南面的守备队第二大队第三中队长川岛正夫大尉率领日军向东北边防军第七旅驻地北大营发起进攻。
北大营距沈阳老城区约5公里，距柳条湖村500米，距南满铁路最近处仅300米。原为张作霖麾下东北军一大兵营，驻兵万余。整座营盘方方正正，边长2公里，四周环以土围和深壕。日军精心选定“九一八”事变发生地，实因柳条湖和北大营是中国东北的军事要地，还因为这里的地理位置、地形地物便于日军寻找事变借口和易于发动事变。
当时，驻守北大营的是东北劲旅第七旅，约12000人，军官大都是经陆军军官学校或讲武堂毕业，也有部分毕业于日本陆军士官学校。士兵一般具有初小文化，也有中学毕业生，素质好，装备也好，所以日军发动事变，把七旅作为主攻目标。七旅的驻地北大营，南距沈阳城三四公里，东距东大营10公里，西距南满铁路约300米，距柳条湖不足500米。
日军炸毁铁路时，北大营第七旅的官兵已经就寝，柳条湖的爆炸声惊醒了东北军第七旅的官兵，军士队队长李树桂听到响声后，连忙从床上坐起来。此时，一发炮弹正好落在屋顶上，李树桂被巨大的气浪掀到地上。他穿好衣服后，拿起枪就往外冲。炮火越来越猛，枪声也越来越激烈。日本关东军独立守备队第二大队第三中队迅速接近了北大营西南角，仅以一个小队就切断了东北军第七旅的退路。
说来也怪，东北军的传令兵这个时候不去打日本人，却冒着敌人的炮火，跑来跑去，为的就是传达一项不准开枪的命令：“赵参谋长说了，官兵一律不准轻举妄动，更不能还击，原地待命。”原来，国民党政府事先就命令部队将武器封存，事变发生的当天晚上，旅长王以哲又离开营区去参加水灾赈济会，3名团长有2名回家睡觉去了。但是，很多官兵不顾一切地砸开了仓库的门，夺取了部分机械弹药。据描述，他们“各持枪实弹，怒眦欲裂，狂呼若雷，群请一战”，许多士兵已经“装弹入瞠，准备还击”。可是，就在这个关键时候，传令兵在大声叫喊：“对进入营房的日军，任何人不准开枪还击，谁惹事，谁负责，蒋委员长说了，对日军绝对不准抵抗，缴械任其缴械，占营房任其占营房！”此时，敌人的子弹从耳边“呼、呼”而过，这哪是“原地待命”，分明是原地毙命。一些官兵顾不上“待命”，开始还击。
日军虽然冲进东北军的军营，却不敢向前挺进，只好用大炮轰。晚11时30分，日军攻占了北大营西北角。安装在沈阳车站日军军营里的两门24厘米重型大炮也开始向北大营轰击。11时50分，日军第二大队和第一、第四中队也赶到柳条湖参战，同第三中队会合，对北大营展开了更猛烈的攻击。