此前，日本政友会就万宝山和中村事件成立了由森恪、山崎猛、东条贞一组成的所谓调查组，到东北进行调查。8月13日，调查组回到东京后，森恪开始抨击币原外交的软弱，批评日本外务省驻外人员执行了“无为政策”，“扣压了关于朝鲜人和日本人被杀的电报”。不久，他们组织了以森恪为首的“满蒙视察报告”特别演说队，前往日本6大城市发表演说。8月31日，森恪在一次会议上说：现在已经到了这一步，即日本无论怎样协调、让步，合理发展日中关系，也不可能解决事态。为挽回这一局面，“只有动用国力”，“‘满蒙’事实上已处于交战前夜的毫无意义的对立状态”。素有日本法西斯“喉舌”之称的大川周明，借“中村事件”到处巡回演讲，鼓吹“满蒙”是日本帝国的生命线。演讲达135次，听众有10万人次。“万宝山事件”和“中村事件”发生后，日本侵占中国东北的阴谋完全暴露出来了。石原直言不讳地说：中村事件是日本向“附属地以外的地方出兵的天赐良机”，甚至把它看做是“在柳条沟行使武力的先行事件”。
（五）调整人事
为侵占中国东北作准备，日本军部特意调整了人事。1929年8月，冈村宁次担任陆军省补任课课长，专门负责中下级军官的人事安排。
1931年8月20日，本庄繁到沈阳就任关东军司令官。此人曾担任过张作霖的顾问，是有名的中国通。战后，花谷正回忆说：本庄繁作为这个时期的关东军司令官是胜任的，我想中央人事当局对这一点也许是经过了充分考虑吧！我们秘密进行的事情，虽然什么也没有向本庄先生讲，可是根据平常观察，我们判断不论什么时候，他都是一个可以信得过的人物。另外，建川美次被任命为参谋本部作战部长，今村均被任命为参谋本部作战课长。8月18日，土肥原贤二被调往沈阳就任特务机关长。此时，他在中国呆了18年，也是一位有名的“中国通”。他为“九一八”事变的准备、进展，尤其是对所谓“满洲国”的建立，发挥了死心塌地的作用。
在上述人事的同时，石原莞尔、板垣征四郎在日本东京军部机关网罗了一批发动“满洲事变”的人物，主要有参谋本部俄国班班长桥本欣五郎、中国班班长根本博、作战部部长建川美次、中国课课长藤千秋、军事课长永田铁山，以及军务局长小矶国昭、参谋次长二宫治重。1931年6月，今田新太郎与花谷正商量后决定，将精通爆破技术的独立守备第二大队第三中队的河本末守中尉调往沈阳附近柳条湖分队，并向他下达了炸毁路轨的密令。与此同时，今田新太郎、花谷正同日本驻沈阳宪兵队长三谷清少佐、驻沈阳独立守备队第二大队第一中队队长小野正雄大尉、驻虎石守备第三中队队长川岛正大尉、驻抚顺守备第二中队队长川上精一大尉商定：由本部承担进攻中国东北军驻地北大营的任务，川上精一担任袭击飞机场的任务，平田部担任攻占沈阳的任务。
另外，日本军部还对兵力部署进行了调整。第二师团被调往南满，接防第十六师团的防区。该师团的士兵大多来自日本北部，比较适应中国东北的严寒天气。与此同时，日本南满铁路护卫队也进行了调动。8月11日，护卫队第四大队由山海关调往长治县。9月14日，驻守抚顺的第二中队长川上召集煤矿庶务课长、警察署长、宪兵队长、防备对长，以及大官屯和抚顺火车站站长开会。经过一番议论，会议作出如下决定：为保证抚顺守备队在事变发生时能够及时进占沈阳，大官屯和抚顺火车站每晚11时30分，必须准备好深夜可以调动的列车；“事变”发生时，驻地秩序由日军防备队、警察署和宪兵协助维持。
（六）军事部署
关东军的狂热在骚动，武士道精神早已使他们走火入魔，他们恨不得一夜之间就将“膏药”旗插遍整个东北。在进行上述准备的同时，日本军国主义者开始悄悄地进行军事部署了。
根据侦察，日军要想进攻沈阳，必须使用大炮。于是，关东军同陆军中央机构协商，从神户调来两门口径为24厘米的重型榴弹炮。为了不使阴谋泄露，在运输过程中，日军采取了严密的防范措施。从神户到大连，特意用客轮运输。到了大连后，立即将大炮送到地下室。关东军武器部的工作人员和从旅顺重炮兵大队调来支援的士兵，统统穿上中国人的服装，打扮成当地中国搬运工的模样。时值夏天，当地群众都在外面乘凉。为了掩人耳目，日军将大炮拆开，把炮身装进棺材里，对外谎称是以前某大官的棺材，现在他死了，尸体要运走。
9月10日，两门口径24厘米的大炮运到了沈阳。为了安装大炮，需要挖一个直径约5米、深约1米的大坑。为了保密，日军对外的宣传说是挖一个游泳池。
大炮安装好了，还要把它藏起来。日军又盖了一间10米见方、高7米的房子。为了不让外人知道，这项工程只能在晚上进行。日军每天从晚上12时一直干到第二天凌晨3时，连续干了3天，很多人因此而得了夜盲症。当地有不少中国人觉得奇怪，这帮小日本偷偷摸摸地在干些什么？就凑过来看热闹。为了不让中国人靠近，日本人就朝中国人丢石头。当中国飞机在空中侦察时，日军就用大炮对着飞机作瞄准状，假装要把它打下来，飞机果然被吓跑了。
8月下旬，日军南满铁路守备队从大连柳树屯被秘密调往沈阳车站附近。关东军还从国内调来30多架飞机、20多门野炮，安置在沈阳附近苏家屯、浑河一带。8月底，日军从国内运来300多箱新式步枪、大量弹药和其他军用物品。这些物资都被装进大连的日军一座仓库。
关东军司令官本庄繁一上任，便四处巡视，长春、奉天、本溪、鞍山等地，都有他的踪迹。8月4日，他来到旅顺，向关东军幕僚们传达了日本军部关于“满洲时局对策”的根本方针。9月3日，本庄繁已不再遮遮掩掩了，赤裸裸地对关东军高级军官们说“今后可能发生不祥事件”，“我们必须认识到最后解决的时刻正在迫近”。而一旦发生“事变”，决不可坐失良机，“应毅然完成任务”。4天之后，本庄繁又来到辽宁、吉林巡视，并举行了一连串的“出动演习”。巡视期间，他一路发表讲话和训示，声称“铁道守备队要保护帝国居民的安全”。他还对驻沈阳的日军第二师团的军官们训话说：“目前‘满蒙’的情势日益不安，我军不能一日苟安，万一发生事变，各部队应积极行动，所以从现在起，你们要有充分的思想准备。”
9月4日，日军在辽宁兵工厂附近举行大规模军事演习。9月8日，日军竟然在中国东北军驻地北大营附近的旺官屯、关帝庙等地举行机枪演习和巷战演习。两天之后，日军铃木庄6大将带领60多名日本预备役军官赶往长春、哈尔滨，为发动“事变”作准备。
（七）决定提前行动
早在1930年底，关东军就打算在沈阳附近制造事端，而且选定的地点就是柳条沟。到了次年6月，关东军制订了炸毁柳条沟铁路的计划，将发动“事变”的时间定在9月28日。因为那个时候，满地高粱已经收割完了，便于日军作战。为此，坂垣还要求在“事变”发生的同时，日军用大炮轰击东北军驻地北大营，采用“闪击战”的方式一夜之间占领沈阳城。
不过，这个时候，日本军部不打算在中国东北制造事端。当9月初日军在北大营和沈阳附近举行军事演习的时候，大连日本关东厅向外务省密报说：“关东军少壮派军官企图逼迫中国军队使其发生冲突。”9月5日，日本外相币原根据这份电报训斥了驻沈阳的总领事林久治郎，要他对日本浪人严加管束，甚至取缔。他在给林久治郎的电报中说：“近来关东军板垣大佐在贵处储备相当丰厚的资金，策动国粹会浪人制造中日事变，闻将不计中村大尉事件交涉的结果，准备于9月中旬进行具体行动，希对浪人切实取缔。”这份电报实际上对关东军制造“事变”的一次冲击。9月8日，关东军司令官本庄繁在巡视途中经过沈阳，拜访了林久治郎。林久治郎试图说服关东军暂时不要采取军事行动，但遭到同行的石原莞尔的阻拦。林久治郎未能同本庄繁进行深入交谈。此后，石原发现，林久治郎开始对关东军的行动进行严密监视。在此情况下，9月9日，石原告诉花谷等人：“9月下旬的柳条湖计划不要搞了。”在遭到板垣的反对之后，石原又改口说：“因为外面风言风语，所以表面上我假装停止了。”
在日本国内，元老内阁也对军人的行动施加了压力。9月9日，闲院宫亲王要求整顿军纪。两天之后，日本天皇召见陆军大臣南次郎，告诉他：关东军的军纪需要加以整顿。9月12日，南次郎拜访西园寺元老。西园寺对关东军少壮派的一些做法颇为不满，他对南次郎说“：本来，把那些无赖之徒、所谓地痞流浪汉或右翼暴力团之类的人送到满洲的土地上，这就非常不妙，更何况军部又在利用这些人。无论从国家的面子上还是从军方的威信上说，都是很不好的。虽说是满洲土地，但它还是中国的领土，事关外交之事，应由外务大臣处理，军队却抢先说三道四，这很不像话。我认为，阁下作为军队的首长，同时又负有辅弼的责任，应该对这些人的行为进行管束。”关于中村的问题，张学良的顾问柴山兼四郎向日本方面报告说，张学良愿意和平处理这一事件。与此同时，日本使馆参事矢野真反映，张学良确实很想设法解决中村事件。另外，林久治郎也在沈阳就此事进行会谈，力争和平解决。日本外相币原对此表示支持。9月16日，日本陆军省召开会议。南次郎将张学良决心和平解决中村事件和天皇希望和平解决这一事件的想法告诉了与会者，最后决定暂不行使武力。
9月14日，三宅参谋长急电陆军本部：“鉴于事态急迫，关东军宜与中央军部联络，派小矶局长或者建川部长前进沈阳洽导。”与此同时，驻沈阳总领事林久治郎致电币原外相：抚顺独立队守备队川上精一队长在乡军人分会和铁路站站长会议上说，关东军正在集结军队，携带物资弹药，将于最近采取军事行动，我已经奉命突袭飞机场。第二天，币原在内阁会议上公布了这件事。因迫于天皇的追问和同僚的压力，南次郎与金谷参谋长商量后决定制止关东军的行动，派遣建川美次到东北向关东军传达军部的意图。南次郎还写了一封信让建川带给本庄繁，他在信中劝关东军暂时不要行使武力。出发之前，建川给关东军发去电报，说他16日动身，18日下午到达沈阳。
9月15日，参谋本部与陆军省联合召开课长会议，商量对策。陆军情报课长桥本欣五郎也参加了会议。建川本来就是一个好战分子，也急于在中国东北发动事变。会后，建川有意指使桥本欣五郎立即给板垣征四郎发电报，让他们提前行动。建川和板垣之间有一套个人电报密码，桥本立刻赶到建川的办公室，想借用密码。建川得知是给板垣发电报，二话没说，就从口袋里掏出密码交给了桥本。桥本抓过密码，冲出办公室，径直跑到参谋本部值班室，叫来根博，以他自己的名义向板垣发了第一封电报：“事暴露，立刻坚决行动。”发完电报后，桥本让小原、田中把这份密码抄了下来，然后还给建川。可是，过了一段时间后，板垣那边没有什么动静。于是，桥本又向板垣发出第二封电报：“在建川到达沈阳前，应坚决行动，以免给他添麻烦。”电报发出之后，桥本在焦急地等待东北那边的消息。然而，关东军仍然没有采取行动。接着，桥本又发出第三封电报：“国内不必担心，应坚持行动。”
建川在出发前同大川周明商定：他在会见本庄繁之前先会见板垣或者石原。于是，大川周明派自己的助手乘坐冈村宁次的私人飞机从东京飞往大连，然后转至旅顺，让板垣在本溪湖迎接建川。一切安排妥当之后，9月15日晚9时45分，建川乘火车途经朝鲜转至沈阳。
接到桥本的电报后，9月16日，板垣、石原、花谷决定把原定于9月28日行动的时间提前10天，即在9月18日行动。此时，建川正在赶往东北的途中，板垣、石原决定在建川到达之前抢先一步发动事变。9月18日凌晨，板垣立即从旅顺赶往沈阳调动部队，采取行动。板垣在沈阳布置好柳条湖爆炸任务后，匆匆赶往本溪湖迎接建川。当天下午5时18分，两人从本溪湖赶往沈阳。
（八）炸毁柳条湖铁路
1931年9月18日，这天是晴天。上午，本庄繁来到沈阳关东军第二师团检阅，下午返回旅顺。晚9时，建川到达沈阳。板垣将建川安排在沈阳菊文旅馆。这是一家专门供日本人享用的茶馆，建川同一名艺妓在寻欢作乐。建川完全被这里的氛围感染了，乐到极点，建川也顾不得保密了，言谈中流出真心话。他把艺妓搂在怀里，半醉半醒地说：“我不打算去阻止那些爱国青年军官。”在建川下榻的旅馆，关东军还派出了警卫。
当建川乐在其中的时候，一个罪恶的阴谋正在柳条湖实施。此时，花谷正、柴山、须田忠等聚集在一起，等待板垣。川岛已奉命带领100余名士兵向文官屯出动，在距离柳条湖3公里处进行前哨指挥。
