再说关东军暂时被日本政府束缚了前进的铁蹄，司令官本庄繁极不甘心，那一整套吞并满洲的计划岂能付之东流？！可是，他也明白为什么日本政府对待黑龙江与辽宁、吉林有那么大的区别。因为吉林省会长春是苏方控制的中东铁路与日方控制的南满铁路的分界点，因此，越过长春北进意味着闯入苏联的势力范围，有战争挑衅的嫌疑。
于是，关东军阴谋利用中国代理人来进攻黑龙江。本庄繁放出关东军鹰犬特务，在日本驻东北各地领事人员的配合下，携带着金钱和封官许诺，对散在东北的中国军政官员进行诱降活动。很快，东北骑兵第三十二师师长张海鹏被诱降。1931年10月1日，张海鹏宣布独立，自命为边防保安总司令，利用日军提供的枪支、弹药和现金等扩充军队，准备进攻黑龙江省。
张学良很快得到了消息，急电黑省，特委任黑河警备司令兼步兵第三旅旅长马占山为代理黑龙江省主席兼代东北边防军驻黑龙江省副司令官，谢珂为军事副总指挥兼参谋长，督率黑省军民稳定局势，保卫家园。不过，此时少帅仍然不愿对日军作战，他给黑省的指示是：“如张逆海鹏进军图黑，应予以讨伐，但对于日军务须避免直接冲突。”
10月16日拂晓，张部伪军向嫩江桥发起攻击。谢珂率部在嫩江江桥北岸阻击敌人，致使伪旅长徐景隆触地雷身亡。守军乘机反攻，伪军大乱而被击溃。为防止敌伪再次来犯，守军将嫩江桥炸断三孔。
10月20日，马占山在齐齐哈尔宣誓就职，布告安民，整顿社会秩序，致电前线将士奋力阻敌，以尽守土之责。他于22日发表对日抵抗宣言，“凡侵入我境者，誓决以死战”。面对内部的劝降派，他怒斥道：“马某出身绿林，位重未阁，亦何惜一死呢……外人入侵，你不抗击，何谓国人？战亦亡，不战亦亡，与其不战而亡，何如誓死一拼已尽天职！”
眼见马占山抗日之心不可屈服，而张海鹏根本不是马占山的对手，关东军不得不考虑亲自上阵了。从10月25日至27日，日方先通过驻黑省领事，后通过关东军司令部，不断命令黑省修复嫩江桥，限期为一周。这种不可一世的占领者狂态，当然被马占山拒绝。
此时，苏联立场已经松动，日本大本营马上允许关东军自行其事。本庄繁以马占山拒绝修复江桥为借口，准备开战。命令以第二师团一部组成嫩江支队，共约4000余日军，并任命滨本喜三郎大佐为支队长。嫩江支队主力从长春和吉林出发，向前线集结。
马占山调来了1个步兵旅，2个骑兵旅，3个步兵团，1个炮团，连同原有的警卫部队等，共约1万6千兵力，分别部署在嫩江桥以北的大兴、汤池、三间房、昴昴溪、富拉尔基一带，组成三道防线，以加强江桥至省府防务。
1931年11月4日，江桥阻击战正式打响。日军步兵500余人先突入江桥左翼阵地，继之以主力向江桥正面大兴线主阵地猛攻，企图中间突破，一举占领。中国守军奋起还击，死战不退。日军不支遂撤向江岸，遭到预伏在芦苇中的中国军队截击。战到20时，日军败退。
11月5日，日军重新组织进攻，日伪军共8000余人在大炮和飞机掩护下，日军从中路、伪军从左右两路渡江。当船到江心时，中国军队猛烈还击，日伪军虽伤亡很大仍然强渡。10时，日军占领江岸第一线阵地，守军分撤至左右两翼阵地，日军继而向第二道防线大兴阵地猛攻，遭到守军顽强抗击。
中午时分，马占山赶到前线，指挥吴德霖团和徐宝珍团从正面反攻，急调骑兵第一旅萨布力团从两翼包抄日军。从15时血战到日暮，在中国军队步兵及骑兵实行包围式反攻下，日军蒙受极大损失，不得不向后撤退。最后，守军夺回被占之阵地。此战，日军死亡167人，伤600余人，伪军阵亡700余人。
如果说11月4日的战斗日军有点小看东北军，11月5日则是日军动了真格的战斗，结果竟然失败。这一战况不仅震惊了关东军，也震惊了日本国内，而中国国内大声叫好。关东军司令本庄繁恼怒异常，星夜调兵增援，使前线兵力超过1万人。
11月6日，在8架日机和50多门重炮、野炮的狂轰滥炸下，江桥阵地被打成一片火海。守军卫队团在步兵第四、第五团的支援下顽强抵抗，伤亡很大。马占山亲赴第一线，鼓舞士气，并派出骑兵一旅为左翼，步兵二旅两个团为右翼向日军侧翼发起反击，激战4个小时，将日伪军击退。
然而，兵力充足的日伪军又增派大批主力进行强攻。中国军队拼命冲杀，白刃格斗，喊杀之声震天动地，几次夺回失去的阵地，但因连日苦战，伤亡很大，又无援军，弹药告罄，工事被毁修筑不及，遂放弃大兴主阵地，于当晚撤至三间房一带。此战中国军队伤亡1800余人；日军嫩江支队也被打废，高波骑兵队伤亡殆尽，还被击落一架日机。
此时，关东军司令本庄繁感到兵力吃紧。目前他的战线已经扩大到了全东北，如果不是从朝鲜调来的混成第三十九旅团加上张海鹏和其他汉奸投降带来的一两万伪军，他几乎没有机动兵力了。现在，由于日军在第一阶段作战中伤亡很大，他已经命令第二师团主力和混成第三十九旅团向刚占领的大兴集结，后方实际处于空虚状态，如果张学良趁机从锦州反攻，战局不堪设想！于是，本庄繁于11月9日向日本陆军总部提出，速增派1个师团的兵力，得到了批准。原因在于，即使内阁不同意扩大战事，但也绝不允许关东军战败，那将是日本帝国的耻辱。
马占山则不仅感到兵力的不足，而且还面临弹药不继的困难。他屡次向散在吉林的东北军求援，并向在北平的张学良请求进一步的指示，但都石沉大海。没有外援，只能靠自己了。11月7日晚，马主持召开军事会议，重新设置三道防线。经过补充后，兵力仍然能维持1万5千人，然而老兵减少新兵增多，弹药有限，战斗力已不及先前。
11月18日，日军终于以巨大的伤亡代价攻下了黑省防线的主阵地——三间房。马占山在部队伤亡惨重、弹尽粮绝、乞援无望的情况下，于当日18时15分下令各部撤出阵地。
11月19日，日军攻占黑龙江省省会齐齐哈尔。马占山率部沿齐克路撤往克山、拜泉、海伦一带集结。江桥之战至此结束，中国军队1万6千人伤亡至仅剩不足2千人有战斗力，日军被毙2千余人。
江桥抗战，马占山率领仅占东北国军十分之一的兵力，打响了回击日寇大规模进攻我国的第一仗。在张学良“不抵抗”政策的背景下，在国民政府坐等国际联盟判决的气氛中，显得如此高昂、英勇和悲壮，得到了国内外各界人士的声援。
11月25日，见到日军掉头南下，直指锦州，南京政府大叫不好，急令中国驻国联代表施肇基，向国联提出划锦州为中立区的提议。南京政府的表态对张学良来说简直成了救命稻草，他急不可待地直接与北平日本公使馆参事就此事进行具体交涉。张学良放弃抵抗还要面子，但日方连面子也不给。日军不答应任何妥协条件，坚持东北军必须全数撤出锦州。
国难当头，蒋介石一再呼吁国民党要精诚团结，讲宽容，肯退让，是党的唯一出路。蒋派人士也向广州反蒋集团喊话，提出停战议和，共赴国难，但宗旨还是不离统一在蒋介石的领导下。
可是，国民党内的矛盾仍然无解，竟先后在南京、广州、上海分头开了三个“四大”！蒋介石终于想通了，如果自己不下野，国内的局面无法收拾，应付民族危机也无从谈起。于是，他再次采取以退为进的策略，调兵遣将，把亲信安插到要害地区和部门，并处决掉第三党领袖邓演达。然后，蒋于12月15日发表了标榜自己的辞职通电。
没有了蒋介石这个后台，张学良干脆不理国民政府的急电命令，一意孤行，将所部后撤。致使1932年1月3日，日军不血刃占领锦州。
从此，东三省除了作为中东铁路总部所在的哈尔滨仍由苏联控制，其他广大地区基本上都处于日寇的铁蹄之下。但是，未及撤出的少数中国军人、警察及民众组成各种抗日武装，在白山黑水之间开始游击抗敌，为中华民族在东北保留了不屈不饶的抵抗火种。