1931年4月，日军第2师团从仙台调到东北辽阳换防。该师团成员多为日本北方人，适于在中国东北寒冷地区作战。
7月1日日本参议官会议决定将驻中国东北的日军由轮换制改为常驻制，并密令第2师团以联队为单位集中驻屯，独立守备队各大队、中队亦相对集中兵力，以便随时投入战斗。驻朝鲜的日军第19、第20师团亦作出了向中朝边境集结的计划，准备从图们江和鸭绿江两个方面越境以支援关东军，并派出先遣部队进行架桥和测量等战备行动。
九·一八事变爆发前，日军在东北的正规军已达1.5万余人（第2师团为缩编部队，每步兵联队缺1个步兵大队，每大队缺1个步兵中队，全师团约1.04万人；6个独立守备大队，每大队4个步兵中队，每中队160人，共约4000余人；还有旅顺要塞部队和重炮兵大队等），另外有在乡军人和警察等辅助部队约1万余人。总兵力约2.7万人。日军以沈阳为中心，部署于南满铁路沿线，以便于机动兵力。其具体兵力部署为：
第2师团司令部，师团长多门二郎中将，驻辽阳；
步兵第3旅团，旅团长长谷部照少将，驻长春；
步兵第4联队，驻长春；
步兵第29联队，驻沈阳；
步兵第15旅团，旅团长天野六郎少将，驻辽阳；
步兵第16联队，驻辽阳；
步兵第30联队，驻旅顺；
骑兵第2联队，驻公主岭；野炮兵第2联队，驻海城；
工兵第2中队，驻铁岭；
独立守备队，司令官森连中将，驻公主岭；
独立守备第1大队，驻公主岭；
独立守备第2大队，驻沈阳；
独立守备第3大队，驻大石桥；
独立守备第4大队，驻连山关；
独立守备第5大队，驻铁岭；
独立守备第6大队，驻鞍山；
重炮兵大队，驻旅顺；
关东军宪兵队，驻旅顺；