东北易帜，不但外受日本禁止，奉军内部也不分歧。老派的张作相，新派的杨宇霆等，都担忧易帜后，日本会停止武力干与；奉军也会受南京当局兼并，落空自主职位。张学良苦口婆心，晓以大义，获得内部的分歧。
12月26日，张学良陪送蒋介石到了南京后，就被蒋介石截留囚禁。在迫不得已的环境下，他给蒋写了“请罪书”，说：“学良生性莽撞粗暴，而形成此次违背规律大罪。兹腼颜随节来京，是乃至诚愿领钧座之惩罚，处以应得之罪，振纪纲，警将来，凡无益于吾国者，学良万死不辞。乞钧座不必念及私交，有所顾虑也。”
1931年，日本帝国主义抓紧对中国停止侵犯活动，多次在东北借机寻畔。如6月初，日本参谋本部调派军事间谍中村震太郎大尉比及中国东北兴安岭地区停止军事窥伺，被中国屯垦军拘系并正法。日本帝国主义以“中村事件”为借口，反诬中国官兵“对日本皇军打击”，是对日本帝国“闻所未闻的欺侮”。蒋介石多次电令张学良：“不管日本军今后在东北如何挑畔，我方应予不抵当，力避抵触。”9月上旬，南京当局采纳让步让步的政策，将中国屯垦军第三团团长关玉衡关押审判，借以停歇事端。但是，十天后，九一八事情即发作。
3月12日，张学良飞往上海，筹办出洋。在出洋之前，张学良接管宋子文、夫人于凤至、女友赵绮霞（赵四蜜斯）及后代的规劝，用一个月的时候把烟（毒）瘾戒除。4月11日，张学良在参谋瑞纳（澳大利亚人，1928年起任张学良私家参谋）、于凤至、赵绮霞及后代等伴随下，乘轮船到欧洲观光。张学良不晓得，此番出洋，何时才气返回故国。
1928年10月，张学良代表邢士廉第三次赴宁，终究与南京方面达成四点和谈：（一）东北设边防司令长官公署，以张学良为司令长官，张作相、万福麟为副司令长官。（二）设置东北政务委员会，委员人选须经中心同意。（三）东三省及热河省委员人选，由张学良保举，中心明令任命。（四）易帜不能待至民国十八年除夕，应提早数日办理。1928年12月29日，张学良与张作相、万福麟联名通电，宣布从命南京gm当局，东三省、热河省同时“改旗易帜”，即将畴当年东北吊挂的五色旗打消，改悬南京gm当局的彼苍白日旗。12月30日，南京当局任命张学良为东北边防军司令长官，张作相、万福麟为副司令长官。奉军改编为东北边防军，简称东北军。翟文选、张作相、常荫槐、汤玉麟别离出任奉天、吉林、黑龙江、热河省当局主席。不久，将奉天省改称辽宁省，省会奉天改称沈阳，天下呈现了同一的局面。
9月18日夜间，日本关东军在板垣征四郎等将领的策划下，用心炸毁沈阳北郊柳条湖四周的南满铁路，诬称是中国军队粉碎，遂炮击沈阳，并向驻守北大营的中国军队王以哲旅打击。这就是日本侵华的九一八事情，亦称柳条湖事件。事情之夜，张学良、万福麟在北平，张作相在锦州。当时，张学良正偕夫人于凤至及赵四蜜斯等在前门外中和剧场看梅兰芳演出的《宇宙锋》，在沈阳主持事情的东北军参谋长荣臻急电张学良，张学良亦急电南京当局要求对策，蒋介石竟命令“绝对不抵当”。张学良只好号令在东北的军队撤往关内。9月19日，日军占据沈阳。随后，日军分兵占据东北各地。至1932年1月，仅三个月一百天，中国东三省完整堕入日本帝国主义的铁蹄之下。