１０月２０日，差不多一個月的時間，趙恆並沒有等到關東軍來攻城的消息，反而是得到唐莉娜在海南建基地的消息。然而兩天後的１０月２２日，經過一個月多的時間完全消化和吸收大量兵源的關東軍殘部比原來不到３萬人的１－２個師團變成現在擁兵３０多萬下轄１０個臨時師團的強大部隊，本莊繁等人認爲現在自己這方部隊是兵強馬壯可以實施吞併滿蒙及整個東三省的計劃。
令人感到驚訝的是這次關東軍並沒有首先攻擊幾百公里之外的遼寧首府瀋陽城，而是按照作戰參謀部石原莞爾大佐等人制定的欲先滅遼寧必先滅吉林、黑龍江的計劃，計劃中３０萬大軍將兵分兩路其中一路攻佔最近的吉林，另一路則繞過遼寧直奔黑龍江，最後兩軍匯合圍殲遼寧瀋陽城裡負隅抵抗的神秘部隊。原關東軍司令官菱刈隆中將坐鎮旅順司令部協調司令部與前線作戰部隊，司令官本莊繁中將率一路１５萬大軍攻佔吉林全境，參謀長三宅光治少將則率領另１５萬大軍攻佔黑龍江全境，而後兩支大隊最後匯合迅速拿下瀋陽城乃至遼寧全境，這樣東三省將徹徹底底納入日本的版圖。
１０月２１日，吉林省主席張作相所轄下８萬多東北軍在１５萬關東軍強勢兵力攻擊下奮起抵抗，然由於兵力懸殊傷亡過半不得不大軍撤離。關東軍未尾隨而至而是放任這支部隊離去，三天後的２７日早吉林全境宣告正式落入關東軍之手。此役，在飛機大炮的支援下關東軍傷亡不足一萬，而吉林東北軍在沒有外援以及航空部隊的情況下激戰三晝夜所部傷亡四萬多，最後不得不退出吉林搭乘入關內的火車。
見吉林到手後，１０月２２日夜在參謀長三宅光治少將的率領下關東軍另一路大軍乘坐火車汽車等各種交通工具長途奔襲黑龍江，２３日上午在被切斷了電話電線無任何外援的情況下黑龍江省主席常蔭槐、萬福麟所部下轄不到２萬人的部隊在海洋一般涌來的１５萬關東軍面前迅速土崩瓦解，黑龍江省主席等人不得不放棄黑龍江搭乘前往北平的火車進入關內。史實：１９３１年九一八事變後，日本侵略軍迅速佔領吉林，繼續向黑龍江省進犯。那時黑龍江省省會在齊齊哈爾，日軍要佔領齊市，必須經過洮(洮南)昂(昂昂溪)鐵路上的嫩江橋。剛剛受任的黑龍江省代理省主席兼軍事指揮馬占山，以約3個旅的兵力佈防於嫩江北岸，扼守嫩江橋。１１月４日，日軍以新組建的第一滿鐵守備師團發動進攻，被東北軍一部擊退。１１月６日，關東軍以新組建第二滿鐵守備師團投入作戰。馬占山親赴前線指揮，與敵鏖戰，日軍以優勢炮火和飛機、坦克掩護，輪番猛攻，陣地失而復得，形成拉鋸。１２日，日軍又增派新組建的第三、第四、第五等三個滿鐵守備師團，加強進攻。馬占山孤軍奮戰，因部隊傷亡過大，後援無繼而撤退。１９日，日軍佔領齊齊哈爾，省會遷至海倫。江橋抗戰歷時半個月，是九一八事變後中**隊對日軍的第一次有力抵抗，馬占山雖敗猶榮，獲得國人讚譽。而江橋抗戰時，馬占山可謂孤軍奮戰，未獲駐防錦州一帶東北軍的實力援助。少帥雖然電令馬占山死守勿退，但張駐錦州部隊毫“無戰鬥準備”。
早在１０月２１日吉林告破，下午２點鐘左右馬占山就接到了遠在北平的張少帥的任命其代理黑龍江省主席、軍事總指揮的電令後，立即從黑河冒險搭乘唯一一架飛機前往省城，２１日１７時抵松浦後，即乘火車於當夜到達省城齊齊哈爾市。２２日上午就任黑龍江省代主席，親赴前線激勵抗日將士，同時發佈告懸賞索取張海鵬首級，並宣佈成立黑龍江軍臨時總指揮部，以便統一指揮。馬占山任總指揮，以副司令公署參謀長謝珂任副指揮。
同日，馬占山針對日軍集結重兵妄圖侵佔黑龍江省事發表宣言：“與此國家多難之秋，三省已亡其二，稍有人心者，莫不臥薪嚐膽，誓求危亡，雖我黑龍江一隅，尚稱一片乾淨土．．．．．．爾後凡侵入我省者，誓必死一戰”。馬占山在聽取謝珂等將領關於江橋作戰情況的報告後，立即調整了部署：委樸炳珊爲省城警備司令，以加強省城防衛；任王南屏爲黑河警備司令，接替馬占山的遺缺；將東北屯墾軍3個步兵團、1個騎兵團、1個炮兵營編爲步兵第1旅，開駐大興以南佈防。其中騎兵到富拉爾基以西對景星方向警戒。至１０月２９日，基本完成了從江橋到榆樹屯和昂昂溪的以鐵路爲軸線，縱深約４０公里、寬約１０公里的三道防禦阻擊陣地佈置。
原寧安公安總隊長劉萬魁率所部１０００餘人，於１５日在寧安以西接受整編，整編爲自衛軍第五獨－立團。
關東軍在張海鵬叛軍失敗之後即準備直接出兵，認爲華**隊破壞嫩江橋是最好的藉口，遂以洮昂路的修建有日本投資爲理由，決定以第２師團第１６聯隊的步、炮各１個大隊和１個工兵中隊組成嫩江支隊，在獨立飛行第８中隊協助下，以武力掩護修橋，來挑起事端，發動進攻。但當時日本陸軍省和參謀本部對蘇聯尚有所顧忌，因而不同意關東軍進攻。金谷範三曾電令關東軍：“爲修江橋，可以出動。但如向遠離嫩江的北滿出兵，無論有何項理由，非經我批准，都不許出兵。”但當從日本駐蘇聯大使廣田弘毅口中得知蘇聯副外長加接罕已於１０月２９日向日本聲明蘇聯對交戰雙方都不提供任何支持、採取“嚴格的不干涉政策”時，日本陸軍省等的態度纔有所改變，轉而採取支持關東軍的態度。１１月２日，遠在吉林的本莊繁聞黑龍江省代爲馬占山後便令齊齊哈爾日本特務機關長林義秀向馬占山發出最後通牒：馬占山軍在１１月３日正午前必須自嫩江鐵橋後撤至１０公里以外地區，在日軍修橋完竣之前不得進入該地區；如不接受上述要求，則日軍將使用武力。馬占山決定對日軍修橋不予干涉，但如進攻中**隊，則採取自衛措施。
１１月４日、５日、６日、７日這幾天，關東軍第一滿鐵守備師團接連發動數百次突擊都未能有效突破江橋防線。
日軍在第一階段作戰中傷亡很大，爲儘快打破僵局抓緊調兵遣將，極力準備再次進攻。同時通牒馬占山進行施壓，要求其立即下野、讓出權力並撤出在齊齊哈爾的中**隊，遭到馬占山的斷然拒絕。關東軍向日本陸軍中央部提出速增派一個師團的兵力請求遭到大本營的駁斥。於是本莊繁下令“第二滿鐵守備師團全力向大興方面集結”。至１１日，日軍在嫩江北岸駐紮下４萬５千人的部隊，師團長爲參謀部參謀賢古奇一少將擔任，下轄新編第５混編旅團、第６混編旅團、第７混編旅團、第８混編旅團。
針對日軍的調兵遣將，１１月７日晚，馬占山主持召開軍事會議，研究應敵措施並確定調整部署，重新設置三道防線。第一道防線在湯池、烏諾頭、新立屯一帶，其前線陣地在後依裡巴、前官地、後官地等地，由騎兵第１旅吳松林部兩個團防守。１４日後騎兵第２旅程志遠部全部投入湯池等地戰鬥。第二道防線在英老墳、三間房、大興屯、小興屯、霍託氣等地，是黑軍正面防禦的主陣地，由暫編第1旅苑崇谷部４個團、步兵第２旅吳德林團、步兵第３旅李青山團、騎兵第１旅王克鎮團、樸炳珊炮兵團，還有工程兵等保障分隊防守。１４日後，步兵第１旅孫洪裕團和綏化保安大隊２０００人加入正面防禦作戰。第三道防線在朱家坎、富拉爾基、昴昴溪、榆樹屯等地，由步兵第１旅張殿九部２個團、騎兵２旅全部和衛隊團防守。總兵力萬餘人。
三間房是洮南至昴昴溪鐵路線上的一個車站，北距齊齊哈爾７０裡，南距嫩江橋６０裡，是中**隊保衛黑龍江省省會的重要防禦陣地。日軍要侵佔黑龍江省必佔三間房才能直達齊齊哈爾。因此，爭奪三間房就成江橋之戰第二階段的焦點。
１２日、１３日、１４日到１５日日軍未能前進一步，本莊繁奉日本陸相南次郎命令，再次向馬占山提出馬軍撤出中東鐵路以南，該區由洮昴局管理，馬不得妨礙等三項要求，被馬占山拒絕。
１５日晨７時３０分，日軍原第２師團師團長現滿鐵第三方面軍多門中將率滿鐵第三方面軍主力到達大興前線。
１６日１１時，在１０架飛機和重炮、坦克支援下，日軍步騎兵１２０００人，向新立屯、三家子等陣地發動猛攻。守軍奮力抵抗，戰至15時，將日軍擊退。雙方傷亡慘重。１７日１０時１０分，本莊繁接到陸軍參謀總長關於“向齊齊哈爾以北推進。盡力以果敢行動使敵陷於潰滅”的指令，下令第三方面軍“一舉攻佔齊齊哈爾”。又令混成第３９旅團除１個步兵中隊和工兵中隊外，“將其餘部隊調集大興，人列於第三方面軍司令官指揮”。１３時，多門司令官在後衣裡巴列車內向日軍各部隊下達了向黑軍全面進攻(重點進攻三間房)的命令。
激戰兩晝夜於１８日下午，馬占山將軍在雙方實力懸殊的情況下不得不痛苦地下令撤出戰鬥。１９日，日軍９萬人侵佔齊齊哈爾，江橋之戰隨之結束。１１月２２日到２４略作休整兩天的攻佔黑龍江之關東軍於２６日與另一支攻佔吉林之關東軍在瀋陽城１６公里外的瀋陽縣（原承德縣）的甦家屯區匯合。整個瀋陽地區瀰漫着濃烈的火藥味，一場慘烈異常的瀋陽攻防戰正式拉開了帷幕。