1926年12月5日，郭松龄倒戈大军占领锦州。13日攻克营口、沈阳震动。张作霖准备下野，逃往旅顺。郭松龄两次致电日本公使和驻华外交团，声明保护在东北的外国人，尊重既成条约，要求日本和各国严守中立，不要干涉中国内部事务。7日，日本关东军迅速由铁岭、辽阳、海城等地结集于奉天府警戒，并声明，表示不干涉中国内战，同时警告郭松龄部和奉军不得扰及满铁附属地及日军守备区域。15日，日本内阁决定：从其本土和朝鲜调动大批日军到满洲，增援张作霖。同日发表第二号警告，严禁对南满铁路两侧以及离铁路20华里以内有直接战斗行为，并禁止对附属地治安有紊乱之虞的军事行动，否则一概缴械。18日，关东军司令官移驻奉天省城，坐镇指挥日军。

19日，增派满洲援张日军全部抵奉，总司令为斋藤义夫少将。日军代张守卫奉天省城，张之卫队急速开前线作战。同时，日兵又乔装张军，向郭军左翼侧击，日本的士兵和大炮加入奉军防线。22日，郭军与奉军在巨流河展开激战。日军一方面以80架飞机，用重型炸弹轰炸新民一带，配合奉军正面战场，一方面借“南满附属地不得干犯”为由阻止郭军前进；同时以乔装奉军从左侧压迫郭军，并掩护吴俊升部骑兵抄袭白旗堡郭军后方。郭军三面受敌，23日战败。郭松龄夫妇弃军潜逃营口，在新民被捕。同日，张作霖下令将郭氏夫妇就地枪决。