紧接着，在9月21日午后，烟台港汽笛长鸣，东北海军主力在沈鸿烈、凌霄、谢刚哲率领下悉数入港，刘珍年专程登港迎接。烟台、青岛、龙口，威海四港泊位充足、补给完备，足以容纳这支当时中国地方最强海军。此次南下舰艇14艘。
首先是东北海军最主力的三艘军舰， 海圻号， 海琛号，肇和号。
1. 海圻号巡洋舰：4300吨，2门203mm主炮、10门120mm副炮，航速24.2节；1899年英制，舰龄32年，火力仍强、舰体老旧，为中国当时最大巡洋舰。
2. 海琛号巡洋舰：2950吨，3门150mm主炮、8门105mm副炮；1898年德制，舰龄33年，舰体老化、火力中等。
3. 肇和号轻巡洋舰：2600吨，2门150mm主炮、4门100mm副炮，航速20节；1913年英制，舰龄18年，动力较新、火力均衡，属当时国内较先进轻巡。
除了这三艘主力巡洋舰外，还有一些其他军舰。
4. 镇海号水上飞机母舰：2708吨，2门120mm主炮、4门75mm副炮，载2架水上侦察机；商船改装，航速12节，舰体落后、具备雏形航空能力，国内独有。
5. 同安号驱逐舰：390吨，2门75mm炮、4门47mm炮、2具450mm鱼雷管；1913年德制，舰龄18年，机动灵活、火力偏弱。
6. 永翔/楚豫/江利炮舰：750-780吨，2门102-120mm主炮、47mm副炮；清末建造，舰龄超30年，近海巡逻可用、远海战力不足。
7. 海鹤/海鸥等6艘炮艇：150-250吨，37-47mm小炮，近岸警戒、无海战能力。
这14艘军舰加起来吨位约一万六千吨，虽然和美日英等海军大国相比，还非常弱小，但是在国内，已经是远超中央海军和广东海军的最强一支了。
刘珍年与沈鸿烈等人会晤，承诺油料、弹药、粮饷由胶东全权供给，暂驻候命。
就在刘珍年在胶东妥善安置东北撤离人员、清点战略物资之际，东北大地正以惊人速度沦陷，日寇侵略气焰嚣张至极，消息传回关内，举国震惊悲愤。
9月19日凌晨，日军在占领沈阳全城后，兵分多路，以机械化部队快速推进：
9月19日当天，日军未遇有效抵抗，先后占领营口、田庄台、盖平、海城、辽阳、鞍山、铁岭、开原、昌图等辽南、辽北重镇，辽宁境内主要城市尽数落入敌手，东北军留守部队大多遵从不抵抗命令，未做大规模反击，仅少数官兵自发抵抗，很快被日军击溃。
9月20日，日军继续北上，占领四平、公主岭、抚顺，抚顺煤矿、鞍山钢铁厂等战略资源尽数被日寇掠夺，东北军辽宁驻军或溃散、或撤退至关内，辽宁全境基本沦陷。
9月21日，日军主力直指吉林，吉林省主西兼东北边防军副司令长官熙洽，为复辟满清，竟下令全省驻军放弃抵抗，开门迎降，日军兵不血刃占领长春、吉林，熙洽公开投敌，组建伪吉林治安维持会，成为东北首位公开投敌的省级高官。
9月22日之后，日军继续向吉北、黑龙江推进，洮辽镇守使张海鹏率部投降日寇，接受日军武器补给，充当侵略先锋，吉黑两省大片国土迅速沦陷，东北军在关外的指挥体系彻底崩溃。
短短一周时间，辽宁、吉林两省几乎全境陷落，日军仅付出轻微伤亡，便占领东北最富庶、工业最发达的核心区域，东三省兵工厂、沈阳军械库、北大营军火储备尽数落入日军之手，成为其后续侵略的资本。
局势剧变之下，远在北平的少帅陷入极度焦灼与悔恨。九一八当夜，他仍遵南京国府“暂不抵抗、诉诸国联”指令，未下令全面反击，待沈阳、长春、吉林接连陷落，他才猛然醒悟——此次日军绝非寻常挑衅，而是图谋彻底占领东北。
他多次急电南京，请求增兵反击、准许东北军就地抵抗，可南京方面态度依旧模糊，少帅复电仍强调“避免冲突，静待国联裁决，切勿扩大事态”，将全部希望寄托于国际联盟调停。
少帅在北平顺承王府内彻夜难眠，面对各地沦陷急报、部下求援电报与全国舆论指责，内心悔恨交加。
他深知东北军主力未战先溃，国土轻易沦丧，自己难辞其咎，可东北军孤悬关外，无南京支援，贸然反击恐遭日军全歼，进退两难之下，只能一面下令黑龙江省代主西马占山整军备战，固守齐齐哈尔，一面继续与南京周旋，请求改变不抵抗政策。
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时间稍微回转，在9月19日的早上7时，日本陆军省与参谋本部因为九一八事变，紧急召开首脑会议，军务局局长小矶国昭、作战课课长今村均、情报部部长桥本虎之助等核心幕僚一致认定：关东军行动完全正当，必须立刻增兵三个师团支援。陆军大臣南次郎当场拍板，要求参谋本部拟定增援计划，全然不顾内阁的“不扩大”诉求。
10时，若槻礼次郎内阁召开紧急会议，外相币原喜重郎率先发难，直指事变是关东军蓄意阴谋，力主以外交手段控制事态，反对扩大战争。
但军部势力已成燎原之势——驻朝鲜军司令官林铣十郎未经内阁授权，直接调派第39混成旅团渡过鸭绿江增援沈阳，第6飞行联队战机飞抵东北，以“护侨”名义强行介入。
本庄繁、板垣征四郎等关东军将领更是阳奉阴违，将内阁“不扩大”的训令抛诸脑后，下令全速推进占领吉林、黑龙江。
面对军部“以下克上”的强硬态势，内阁陷入两难：若强行压制，恐引发军界政变；若放任扩张，又将面临国际制裁。
9月21日，在关东军已占领辽宁、兵锋直指吉林的既成事实面前，若槻内阁最终被迫妥协，正式批准增兵东北，并承认关东军的行动成果。
至此，日本内阁成为了可笑的摆设，这场由下级军官密谋进行的九一八事变，成为了自下而上推动而来的一次军事行动。
日本内阁真正知晓事件来龙去脉，开始做决定的时候，关东军早就把这些政客抛到了脑后，自行其事了。
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九一八事变的消息传遍全球，世界各大国的反应截然不同，本质上都是基于自身利益的绥靖与观望，无人真正出手制止日本的侵略行径。
美国率先表态模糊。国务卿史汀生虽公开谴责日本违反《九国公约》，但仅下令驻日大使吉尔伯特出席国联会议“道义支持”，严禁公开谴责日本，更拒绝制裁或提供援助。美国国内深陷经济危机，不愿为远东利益与日本翻脸，同时寄希望于国联调停，对日本的扩张行为选择“冷眼旁观”。
英国则采取纵容态度。作为国联实际掌控者，英国将日本视为远东“稳定力量”，认为事变是“中日局部冲突”，甚至倾向于“承认日本在满蒙特殊利益”。英国首相麦克唐纳明确表示“不会为中国动用武力”，仅通过外交渠道向日本施压，实则默许日本蚕食中国领土。
苏俄虽在道义上谴责日本，但避战自保是核心。外交人民委员李维诺夫发表声明，称苏方同情中国、反对侵略，但同时强调“苏俄不与帝国主义合作”，拒绝介入冲突，甚至与日本保持外交关系，避免引火烧身。苏方正全力推进第一个五年计划，不愿因远东事务打乱国内部署，对东北沦陷选择“隔岸观火”。
国联则沦为空谈场所。9月21日，中国代表施肇基向国联正式控诉日本侵略，国联仅通过两项软弱决议：要求双方克制、呼吁中日同时撤兵，完全未提制裁。英法主导的国联忌惮日本的军事实力，不愿承担干预风险，最终任由日本在东北肆意扩张。