日本为了侵占东北，除不断使用政治阴谋，企图不战而胜将东北分裂出去外，关东军还随时准备使用武力强行占领，为此进行了以下几个方面的军事准备。
第一是搜集情报
日本参谋本部第六课所设的中国班专门负责与中国各派系军阀联络及搜集中国的情报。侵华战争中，日军的一些主要将领，如冈村宁次、土肥原贤二、板垣征四郎等都曾在中国班任过职。日本是通过向中国军阀派遣顾问、利用驻华办事机构工作人员及在留日军事学生中培植的亲信搜集中国的情报的。
日本特别重视向中国各级政府派遣顾问。1915年1月，日本政府向袁世凯提出灭亡中国的“二十一条”中就有关于中国政府必须聘用日本人为政治、财政、军事顾问的条款。日本通过这些顾问，不仅操纵中国的政治、经济、军事，还攫取各方面的情报，尤其是军事情报。
在中国各级军校的日本教官及各省督军的军事顾问，依靠教官与学生之间、顾问与中国要人之间的特殊关系而获得秘密情报。日本还通过在日本士官学校毕业而在中国军队担任要职的军人中培植亲日分子以获取情报。甚至在蒋介石的总司令部里，也通过曾经留学日本的军人获得所“必要的革命军的情况及其行动的情报”。
在东北，日本参谋本部向张作霖派遣了军事顾问，其中有著名的菊池武夫、本庄繁等。这些顾问与关东军设在沈阳的谍报机关一道搜集了有关东北的大量情报。其中，日本人把张作霖的参谋长、日本士官学校毕业的杨宇霆作为情报的“源泉”。“杨宇霆事实上起到了日本谍报代理人的作用”。其后收买了东北的熙洽、臧式毅、张景惠、于芷山、张海鹏等军政要人，使其成为亲日派。
侵华战争的高级将领冈村宁次、本庄繁、安藤利吉、土肥原贤二、佐佐木到一等，都曾到中国从事过情报活动，是日本军界的“中国通”。如冈村宁次就曾以孙传芳军事顾问的名义搜集过中国的军事情报。1926年秋，孙传芳被北伐军打败，冈村宁次趁孙在九江仓皇逃跑时还曾窃取了华中中部的五万分之一比例的地图。1938年夏秋间，冈村宁次指挥日军进攻武汉时，这份地图起了重要的作用。日本在东北的特务机关向来注重搜集东北各级指挥机关的电报、公文，甚至对各官署字纸、纸笺都出高价收买。1931年9月9日，张学良给荣臻、臧式毅的一份电报说：如果日军肇事，“我方务须万万容忍，不可与之反抗，致酿事端”。该电报在油印发给部队时被日本特务窃去。张学良的“容忍”，增加了法西斯军人发动事变的勇气。
第二是对中国兵要地志进行调查
1906年，日本南满铁道株式会社(即“满铁”)成立之后即设有调查部。满铁调查部一直向关东军司令部和参谋本部第二部提供情报资料，并应军方要求工作。他们除间接提供用于军事的中国各省统计要览外，还直接提供用于军事的兵要地志。
驻屯东北的日本关东军司令部二课兵要地志班和情报部文书谍报班是专司兵要地志调研的机构。但由于人员少，调查力量不足，因而一些重要的兵要地志的调查工作还要依靠满铁调查部。
在日军参谋本部第六课设有兵要地志班，负责调查预想战场的兵要地志资料。日本对中国兵要地志的调查内容十分广泛，包括铁路线图(立体桥梁涵洞图)、东北地区中国军队的兵力、枪炮种类和性能、官兵数额、将校姓名、营地设施、后勤辎重、蒙旗(县)人口、物产、畜群数量、森林矿藏、蒙汉军民情况，以及地方风土情况，如土壤、水源、气候、雨量、风向等。日俄战争后，日本在东北各地驻军对东三省的兵要地志已十分了解。1931年3月间，关东军为了调查蒙古的兵要地志，召集精通蒙语的军官数十名，以重金聘来的蒙古贫民为向导，分五路入蒙古调查：第一路由察哈尔入蒙，第二路由热河入蒙，第三路由洮南入蒙，第四路由黑龙江入蒙，第五路由俄境入蒙。日本参谋本部的中村震太郎大尉就是从洮南入内蒙，对在大兴安岭的宿营、给养、给水、行动的难易进行实地调查的。由此可见日军对中国兵要地志调查的细致和广泛。这是中国当时的统治者始料不及的。这些调查给日军后来的侵略战争行动带来了极大的便利。例如日军在1937年向山西进攻时，就根据调查的兵要地志，避开了险要的雁门关，而从东面繁峙的马兰口出击，由背后攻击代县，遂攫取了雁门关险要。
第三是侦察地形及进行现地战术研究
东北易帜后，东北军有25万人，并拥有飞机、战车等先进武器，东北的兵工厂亦可生产各种轻重武器装备部队，而关东军只有1万多人。对此，关东军司令部参谋板垣征四郎、石原莞尔等认为要“以寡胜众”，必须早有准备。为了制订可行性大的作战计划，关东军曾多次组织参谋至各战略要地进行现地侦察及战术研究。其中规模较大的有三次。第一次是1929年7月间的“北满参谋旅行”：从旅顺出发，经长春、哈尔滨、齐齐哈尔、海拉尔至满洲里，然后经昂昂溪、泰来、洮南返回旅顺。在哈尔滨研究了“进攻哈尔滨的地形判断”、“松花江渡江作战”和“占领哈尔滨的前进阵地”；在齐齐哈尔去海拉尔途中研究了“兴安岭东侧地区的遭遇战”；在海拉尔研究了“海拉尔防御战”；在泰来研究了“在洮南集中主力的掩护阵地”等。第二次是同年10月间的“辽西参谋旅行”：从旅顺出发，经沈阳、锦州、山海关至天津、北京，然后返回旅顺。这次是以对抗演习的形式进行的预想作业。假设的情况是：“关东军之一部，在击溃中国军队后进行了扫荡，主力正向奉天附近集中，其先遣部队已进至新民屯；而中国军队则得到了关内中央军的增援，先遣部队被其包围。”在此假定下，研究了“新民的渡河攻击”、“向锦州追击”和“进攻锦州”的作业，实地侦察了锦州的中国军队营防，尔后转入“对山海关西面地区的攻击”，和指挥后续兵团由秦皇岛登陆侧击中国军队的作业。第三次是1931年7月间的第二次“北满参谋旅行”：从旅顺出发，经郑家屯、洮南、齐齐哈尔、昂昂溪、扎兰屯、海拉尔至满洲里，尔后取道哈尔滨、长春、公主岭返回旅顺。除了再一次熟悉各地地形外，还在昂昂溪研究了“关于机械部队的运用”，在泰来附近的开阔地进行了正面防御的图上作业。
此外，1930年春，关东军还组织进行了“攻取奉天城要领”的现地研究；当年夏，进行了“夜袭弓长岭”的研究；当年秋，进行了“东部国境方面现地战术”的研究等。
第四是武装移民
1905年日俄战争之后，日本国内从官吏、商人到军界、财界都在热烈讨论“如何经营满洲问题”。军国主义分子儿玉源太郎、后藤新午以及外相小村寿太郎都主张向满洲移民50万或100万人。儿玉说：“战争不可能常胜不败，永久的胜利是与人口的增减相关联的”，让更多的日本人定居中国东北，“那么这个地区自然而然会成为日本的强大势力范围”。由此可见，日本对中国东北的移民是侵略活动，其动因是军事上、政治上扩张的需要，其步骤是以军事入侵为先导，以移民入侵来巩固它的军事占领，并为新的扩张作准备。日本移民大都是退役的预备军人，是亦兵亦农的“在乡军人”。日本将这些人移往东北，使之成为关东军进行侵略扩张的辅助部队。
1931年“九一八”事变前夕，日本在东北的在乡军人约有1万人，大部安置在南满铁路沿线。“九一八”事变前10天，即9月8日，东北日侨在乡军人会接到陆军部的密令，要其分别到沈阳、长春、哈尔滨报到。9月17日晚，沈阳的在乡军人到日本车站附近的招魂碑前集会，他们臂缠黑纱，听取狂妄演说，尔后高呼“为保障满蒙之既得利权而洒军人之鲜血”、“打倒侵害日本权益之张学良”等口号，气焰极为嚣张。
第五是大肆制造侵略战争的舆论
1929年爆发了全球性的经济危机。日本为了摆脱危机，即大造侵略中国的舆论。1930年，日本经济危机加深。同年9月，日本军部的一群法西斯军官成立了秘密组织“樱会”，专门策划“国内改革”和“以武力解决满蒙问题”。其纲领中明确提出：“本会以改造国家为最终目的，为此必要时不惜使用武力。”樱会的活动得到日本军部将领的支持。他们为了准备对中国的军事行动，积极作舆论上的准备。
当时日本政府和军部在侵略东北这个问题上并没有多大矛盾，只是在做法和步骤上有差异。对日本政府来说，头等重要的是从经济上控制“满蒙”，而军部则把军事和政治观点放在第一位。为此，日军部和右翼势力曾于1931年3月发动军事政变，企图建立以军人为主体的政权，以便侵占中国东北。但由于政变计划不周密、政变军人内讧，致使政变计划破产。政变破产后，由于军、政双方在侵占“满蒙”上的一致，所以对政变军人没有追究责任。这些更使右翼的侵略气焰甚嚣尘上，越发加紧策划侵略阴谋。
1931年3月，板垣征四郎向关东军鼓动说：占有“满蒙”是“实现日本远大理想的使命”。５月，板垣和石原又向关东军鼓动说：占有“满蒙”是日本摆脱经济危机的惟一方法。石原还论断：惟有开发“满蒙”，活跃经济、解决失业问题才有希望。
1931年8月3日，已被任命为关东军司令官、但尚未到职的本庄繁中将，在日军军司令官和师团长会议上，以个人名义上书陆军大臣南次郎，提出日本向外侵略的步骤和近期入侵中国的总设想，声称日本“必须乘此世界金融凋敝、苏联五年计划尚未完成、中国尚未统一以前之机，确实占领我经营三十年之满蒙……使上述各地与我朝鲜及内地打成一片，我帝国之国基始能巩固。”至此，日本帝国主义即将把侵略中国东北的舆论化为侵略行动