１９３１年９月１９日，国民政府得知沈阳等地已为日军侵占，当日致电在日内瓦的中国代表施肇基：“现已完全证实，我方毫无挑衅举动，日军公然向我攻击……中国政府请求国际联合会立即并有效地依照盟约条款，取适当之措置，使日军退出占领区域，保持东亚和平，中国政府决定服从国际联合会关于此事所为之任何决定。”９月２２日，蒋介石在国民党南京市党部党员会议上讲话，说：“此刻必须上下一致，先以公理对强权，以和平对野蛮，忍痛含愤，暂取逆来顺受态度，以待国际公理之判断。”与此同时，张学良在北平邀请胡适、李石曾等社会名流及东北高级将领磋商东北问题，“也均以依靠国联、听命中央为是”，并于９月２６日命令东北军将士：“一，此次之所以命令不抵抗主义，是因将此次事变诉诸国际公审，以外交求得最后胜利。二，尚未到与日军抗争之时机，因此各军将士对日人依然平常那样对待，不得侵害。”蒋介石、张学良“依靠国联”、对日“逆来顺受”的态度，不仅更助长了日军的侵略气焰，而且促使了一些人的叛变投敌。除前述熙洽迎接日军进占吉林外，洮辽镇守使兼吉林省防第２旅旅长张海鹏在日军向吉林西北进犯时投降日军；９月２７日，暗中策划哈尔滨“独立”的张景惠宣布自任东三省特别区（哈尔滨）“治安维持会”会长；１０月１５日，东边道镇守使兼辽宁省防第1旅旅长于芷山发表宣言，叛变投敌。日军在这些叛国分子协助下准备进一步扩大其侵占区域。日军攻占沈阳、长春等地后，许多仍滞留于吉、辽两省的东北军部队不满并违抗蒋介石、张学良的不抵抗命令，向占领铁路沿线地区的日军不断发动反击。如９月２４日，约有１个营的兵力袭击了日军混成第３９旅团第７８联队守备的沈阳兵工厂；２８日，在长春附近的部队，于夜间攻入南岭日军第２师团兵营，烧毁营房１０余栋；１０月１１日，袭击了营口的日军守备队；１６日，约２个营的兵力攻击昌图县城；２３日晚，在沈阳以西的李官堡附近袭击日军守备队等。总之，从日军侵占沈阳开始，东北军民自发的游击战就展开了。
日军侵占辽、吉两省后，即积极图谋取得黑龙江省。但因黑省远处日军在东北的势力范围之外，且与苏联接壤，日军出兵侵占尚有顾忌，因而玩弄以华治华的策略，利用张海鹏伪军为前驱攻占黑龙江省。为此，给以大量械弹。
黑龙江省军政当局自辽、吉两省陷落后颇为惊慌，并因省主席万福麟远在北平，群龙无首，如何应变，莫衷一是。日寇睹此情形，更加制造攻黑的空气，意在恫吓，增加纷扰。万福麟在北平曾电令“黑省军事暂由警务处处长窦联芳负责照料，参谋长谢珂副之”，但窦接电后不关心、也不负责抗战的事，军事上一切由参谋长谢珂处理。
谢珂奉张学良命令，对进犯的张海鹏伪军进行抵抗。当即开始布置军事，准备抗敌，电令海拉尔、满洲里、黑河和东荒地各地的驻军积极准备补充，听候调遣。为保卫省城齐齐哈尔，将独立骑兵第２旅的１个团部署于泰来，对洮南方向警戒；派工兵１个连驻守嫩江铁桥，并在北岸构筑了防御工事；１０月初又将省防骑兵第２旅控制于黑龙江附近待命。
嫩江南岸的江桥是洮（南）昂（昂昂溪）铁路跨越嫩江的必经之路，系南北交通要冲，日军如侵犯省城，首先必须攻占江桥。１０月１３日，张海鹏在日军授意下开始向齐齐哈尔进犯，于是引起了江桥抗战。
江桥抗战自１０月１３日至１１月２０日，大致可分为３个阶段。
第一阶段自１０月１３日至１９日，重创张海鹏叛军。
张海鹏派徐景隆率３个团从白城子出发向江桥进犯，１５日到泰来，日军飞机飞抵龙江上空助威。１６日拂晓，叛军进抵江桥南端，与守军发生激烈战斗，其３个团在守军的反击下伤亡惨重，一齐溃退，在江桥以南地区与守军对峙。守军遂将江桥破坏３孔，阻止日军再犯。
第二阶段自１０月１９日起到１１月６日止，击败日军第２师团。
１０月１６日，马占山接到张学良任命其代理黑龙江省主席、军事总指挥的电令后，立即从黑河昼夜兼程前往省城，于１９日经哈尔滨到达齐齐哈尔，２０日上午就任黑龙江省代主席，并宣布成立黑龙江军临时总指挥部，以便统一指挥。马占山任总指挥，以副司令公署参谋长谢珂任副指挥。
马占山在听取谢珂等将领关于江桥作战情况的报告后，立即调整了部署：委朴炳珊为省城警备司令，以加强省城防卫；任王南屏为黑河警备司令，接替马占山的遗缺；将东北屯垦军３个步兵团、１个骑兵团、１个炮兵营编为步兵第１旅，开驻大兴以南布防。其中骑兵到富拉尔基以西对景星方向警戒。
关东军在张海鹏叛军失败之后即准备直接出兵，认为中国军队破坏嫩江桥是最好的借口，遂以洮昂路的修建有日本投资为理由，决定以第２师团第１６联队的步、炮各１个大队和１个工兵中队组成嫩江支队，在独立飞行第８中队协助下，以武力掩护修桥，来挑起事端，发动进攻。但当时日本陆军省和参谋本部对苏联尚有所顾忌，因而不同意关东军进攻。金谷范三曾电令关东军：“为修江桥，可以出动。但如向远离嫩江的北满出兵，无论有何项理由，非经我批准，都不许出兵。”但当从日本驻苏联大使广田弘毅口中得知苏联副外长加接罕已于１０月２９日向日本声明苏联对交战双方都不提供任何支持、采取“严格的不干涉政策”时，日本陆军省等的态度才有所改变，转而采取支持关东军的态度。１１月２日，本庄繁令齐齐哈尔日本特务机关长林义秀向马占山发出最后通牒：马占山军在１１月３日正午前必须自嫩江铁桥后撤至１０公里以外地区，在日军修桥完竣之前不得进入该地区；如不接受上述要求，则日军将使用武力。马占山决定对日军修桥不予干涉，但如进攻中国军队，则采取自卫措施。
４日上午，日嫩江支队的先遣中队在飞机掩护下从江桥车站北进，通过嫩江桥后向大兴车站以南的中国军队阵地进攻。马占山卫队团徐宝珍部奋起迎击，将其击退。下午，日军集中兵力，在飞机和炮兵的支援下连续进攻，均被守军击退。日军伤亡甚众，低飞投弹的飞行员大针新一郎中尉亦被击伤。
５日上午，日军集中全力再次发动进攻。战斗极为激烈。马占山军除先后增加省防步兵第２旅的２个步兵团以加强正面阵地的防御力量外，又派出省防骑兵第１、第２旅（各２个团）分别从左、右两翼迂回至日军侧后将其包围。日军被迫由进攻转为就地防御，其后方勤务分队大部被迂回的骑兵所歼灭。
当日夜，日军第２９联队的１个大队前来增援，到达后立即发动进攻，但很快亦被马占山军所包围。本庄繁再急调第１６联队的１个步兵大队和３个炮兵中队来援。
６日晨，日军增援部队到达，为解救被围日军，在飞机轮番扫射、轰炸支援下立即发动猛攻。当日，马占山亲自到阵地督战。双方伤亡均众。日军在马占山军的顽强抗击下，攻击受挫，进展困难。本庄繁当即又令第２师团多门二郎率在沈阳地区的第２９联队、骑兵第２联队、野炮兵第２联队、临时野战重炮兵大队、工兵中队和混成第３９旅团的１个大队急开江桥附近增援。由于江桥战斗情况发生变化，马占山军在重创进攻的日军后，于当日中午开始主动向三间房一带转移，以骑兵第１旅与步兵第１旅重新组织防御，因而本庄繁于下午３时又下令多门二郎停止前进，返回原驻地。
在马占山直接指挥下，守军第二阶段的战斗非常英勇顽强，抗击了日军三天两夜的空中和地面的进攻。据日方记载，此役日军死伤１９７人（一说死１６７人，伤６００余人）。马占山军伤亡约５００人。
第三阶段自１１月７日起，到１９日守军撤出江桥地区。
日军进攻失败后并不甘心。８日，本庄繁令林义秀通知黑龙江省政府，要求马占山下野，由省政府将政权“和平授予”张海鹏。马占山置之不理，并于１０日通电全国，阐述江桥前期抗战的原委及黑龙江省军民的抗战决心，以揭露日本的野心与阴谋，同时调驻扎兰屯的省防步兵第１旅开往景星地区布防。１１日，本庄繁通过林义秀再一次要求马占山下野，要求将马占山部撤出齐齐哈尔，并声称“为保证洮昂铁路的安全”，日军有进驻昂昂溪车站之权，限马占山于１２日晚１２时前答复。与此同时，日军不断以小部队和飞机、炮兵向马占山军阵地进行袭扰性进攻。马占山再一次拒绝了日方的要求，并指挥部队将进攻的日军击退。
１３日，本庄繁决定暂时减少长大铁路沿线及新占领地区的警备兵力，由第２师团长多门二郎集中力量直接指挥击灭马占山军，占领齐齐哈尔，并将作战计划上报陆军省和参谋本部。１４日，参谋总长金谷范三复电本庄繁：如果马占山不接受撤往齐齐哈尔以北、向中东铁路以南出动的要求时，“贵军应采取自卫上认为必要的自主行动”。１５日，本庄繁向马占山发出让其撤至齐齐哈尔以北、并限令１６日中午前答复的通牒。此时，嫩江铁桥已经修好，日军第２师团主力（步兵约１０个大队，骑兵２个中队，野炮兵６个中队，重炮兵２个中队，工兵１个中队）已经先后运至大兴地区；关东军于１１月１１日新成立的飞行队的独立第８、第９中队也已进至泰来及大兴两个新修的前进机场。
１６日，马占山再次拒绝了日军的无理要求。当晚，金谷范三下令关东军“向齐齐哈尔以北推进，并以果敢行动将其歼灭”。本庄繁当即下令第２师团向三间房一带的马占山军阵地进攻。为加强进攻力量，本庄繁还将驻沈阳的混成第３９旅团配属给第２师团，令其立即乘车至大兴集结（由于东屏等地多处铁路被东北军游击部队破坏，该旅团未能按时到达战场参加战斗）。１７日上午，日军第一梯队部队开始进攻。均为守军击退。１８日拂晓，日军第２师团各部全部投入战斗。马占山军奋勇抗击，守住了阵地。天明后，日军先以炮兵、飞机对守军阵地连续射击、轰炸，实施火力准备，尔后以轻武器的交叉火力掩护步兵突击。守军阵地被破坏殆尽，部队伤亡极众。至９时左右，日军突破了三间房附近的第一线阵地，但在三间房以东、以西的守军仍坚守阵地，多次以肉搏击退日军的进攻。激战至中午，马占山为保存力量，下令所属部队逐次撤离第一线阵地。日军追击至榆树屯、昂昂溪一线，停止前进。
马占山军撤至齐齐哈尔以南地区后，即以小部队实施掩护性阻击。马占山率部队及黑龙江省军政机关于１９日４时向海伦、拜泉转移。日军于１８日晚开始向齐齐哈尔追击前进，沿途未遭坚强抵抗，于１９日下午３时进入齐齐哈尔市。江桥抗战结束。
据日方记载，日军第二师团进攻江桥的参战总人数约５９００人，伤亡（含冻伤）达１１８１人（一说１３７８人），占其总人数的２０%。又据日军统计，马占山军参加江桥抗战的总人数约为１１ ８００人，伤亡约１１００人。
违反蒋介石不抵抗命令的江桥抗战打响了武装抗击日本帝国主义侵略中国的第一仗，以鲜血和生命在中国人民抗日战争史上写下了光辉的一页，对全中国人民的抗日救亡斗争产生了重大的政治影响，有力地推动了全国人民抗日救亡运动的发展。全国各地爱国志士纷纷谴责蒋介石的不抵抗主义，谴责国民政府对东北沦亡熟视无睹的行径，要求国民政府“下令全国动员，对日决一死战，以保国家之尊严，民族之人格”。全国抗日救亡运动在江桥抗战影响之下掀起高潮，东北人民抗击日军的斗争风起云涌，抗日烽火迅速燃遍了白山黑水间。
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