在日本军部的支援到达之前，孤注一掷的奉天关东军残部、日本驻朝鲜军支援关东军的第20师团和第19师团残部，在赌徒般疯狂的意识支配下，全部投入到对东北各地的攻击作战当中。
在前几日的战果基础上，日军彻底攻占了南满、安奉两铁路沿线的重要城镇长春、营口、田庄台、盖平、复县、大石桥、海城、辽阳、鞍山、铁岭、开原、昌图、四平街、公主岭、安东、凤凰城、本溪、抚顺、沟邦子等地。 在加上驻吉林省的东北边防军副司令长官公署参谋长熙洽投敌，日军便迅速占领了辽宁、吉林两省的30余个城市和12条铁路线。基本控制了辽宁、吉林两省。并对黑龙江地区实施了彻底分割包围。
随着战斗的逐渐深入和战果的不断扩大，关东军制定实施的k计划日渐凸显成效。日本军部终于不再犹豫，两个挽马师团，一个独立混成旅团，一个重轰炸飞行大队、一个陆航大队，以及重新为关东军第二师团、驻朝鲜军第19师团补充的兵力，于1931年9月25日全部开进东北。至此，日本在东北全境的兵力达到5个挽马师团，两个独立混成旅团，成建制部队达到15万人，作战飞机达到200架。
1931年9月28日，补充休整完毕的日军，在得到苏俄不干涉的保证下，又利用中东路和黑龙江的运输便利，迅速向黑龙江全境发起攻击。
随着日军的全面发力，1931年10月1日，洮南镇守使张海鹏投敌，日军采取以华制华的方针，命张海鹏所部3个团向黑龙江省会齐齐哈尔进犯。与后世历史不同，在张少帅绝对保存实力，绝不抵抗损失兵力的命令下，除了少数东北军自发抵抗，其余大部全部迂回撤往京津地区。
1931年10月中旬，日伪张海鹏部顺利攻占江桥、大兴、三间房、昂溪等地。
1931年11月18日，虽然是胡子出身，被张少帅任名为黑龙江省政府代理主席兼军事总指挥全权负责黑龙江地区东北军转移的马占山，在一些誓死抵抗的部下支持下，陆续和日军打了几仗，但终因敌众我寡，装备军火不足，齐齐哈尔沦陷。
1931年12月1日，在日军东、西、南三路攻击下，哈尔滨陷落。虽然原依兰镇守使兼东北军第24旅旅长李杜率部奋起激战，但最终还是没能抵挡的住日军入侵。至此东北东部、北部、南部全部掌握在日本人手中。，
日本人的全面入侵，更加坚定了张少帅的打算。奉天全面失守后，张少帅立即要求东北三省所有东北军将领放弃抵抗，带领属下转移到锦州以西。可是日本人不买张少帅的帐，相反是蹬鼻子上脸。1931年12月8日，关东军派出12架轰炸机空袭锦州。对此，日军陆军大臣南次郎声称“由于受到z国军队的防空炮火攻击，才不得已采取自卫行动”。此后关东军发表公开声明，宣称“张少帅在锦州集结大量兵力，如果置之不理，恐将对日本权益造成损害。为了尽快解决满蒙问题，关东军有必要驱逐锦州政权。”
其实自从黑省全部沦陷以后，国民党南京政府就觉察到日军可能仍不满足将继续向西南进犯锦州，于是为了稳定国内形势，国民党当局即令z国驻国联代表施肇基，于1931年11月25日向国联提出划锦州为中立区的提议。12月2日，国民党政府就通知英、法、美三国的公使说：它同意把自己的军队撤出锦州和山海关，但是有一个条件，即日本要提出使法、英、美三国满意的保证，即要求三国保证中立区的安全。锦州中立议案曝光后，遭到全国各界人士和学生的反对。
而张少帅明显倾向于和平方法解决争端，钟情于“锦州中立化”方案。张少帅致电南京政府：“当最近日本进攻锦州之时，我军驻关外部队理应防范，但若现政府方针未定时，自然不用锦州部队进行防守，而撤至关内”。
1931年12月25日、26日，张少帅又致电国民政府，称“锦战一开，华北全局必将同时牵动”，届时日本“以海军威胁我后方，并扰乱平津，使我首尾难顾”，非但锦州不可守，连华北地盘亦不保。于是驻锦州的东北军第12、第20旅和骑兵第3旅撤退至河北滦东地区和热河。日军兵不血刃占领锦州。至此日军占领东北三省全境。
于此同时，日军为了k计划最后部分的实施，转移z国视线，板垣征四郎串通日本驻沪公使馆助理武官田中隆吉，蓄谋在沪杭等地制造事端。
1932年1月18日，田中隆吉与川岛芳子策划唆使日僧天崎启升等五人向马玉山路z国三友实业社总厂的工人义勇军投石挑衅，与工人发生互殴。田中操纵流氓汉奸乘机将两名日僧殴至重伤，日方传出其中一人死于医院。随即以此为借口，指使日侨青年同志会一伙暴徒于19日深夜焚烧三友实业社，砍死砍伤三名z国警员。20日，又煽动千余日侨集会游行，强烈要求日本总领事和海军陆战队出面干涉。21日，日本总领事村井苍松向上海市长提出道歉、惩凶、赔偿、解散抗日团体四项无理要求。22日，日本驻上海第1遣外舰队司令盐泽幸一发表恫吓性声明，以保护侨民为由加紧备战，并从日本国内向上海调兵。27日，村井向上海市当局发出最后通牒限28日18时以前给予满意答复，否则采取必要行动。国民党政府为集中兵力在江西“剿匪”，对日继续执行不抵抗政策。军政部长何应钦急电第19路军忍辱求全，令上海市长吴铁城于28日13时45分全部接受日方提出的无理要求。暂时下野的蒋大总统委托国民党元老张静江说服蔡廷锴避免与日军冲突，并调宪兵第16团接替上海第19路军防务。日方接到吴铁城答复表示“满意”，却又以保护侨民为由，要中国军队必须撤出闸北，不待答复便于当晚突袭闸北。
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