东北易帜后，东北军编成步兵25个旅、骑兵6个旅、炮兵10个团。1930年9月，张学良支援蒋介石参加中原大战，以其9个精锐旅共10万人编成两军，由于学忠、王树常统领入关。中原大战结束后，入关的9个旅及配属（骑兵3个旅及炮兵、工兵等）分驻在平津一带。1931年7月，为讨伐石友三的反蒋反张战争，又将东北的步兵3个旅、炮兵2个团共8万人调进关内。再加上驻山海关的何柱国旅，这时东北军步兵精锐和大部炮兵分布在平津及河北、察哈尔一带。留驻东北的步兵12个旅、骑兵3个旅和省防旅，装备都较关内部队差。由于东北军政当局历来是反苏的，特别是1929年中东铁路事件后，在兵力部署上主要是用来对付苏联。九·一八事变前夕，在东北的正规军16.5万人、非正规军4万人，总计约20万人。
具体驻地是：
辽宁驻军：
独立第7旅王以哲部，驻沈阳；
独立第12旅张廷枢部，驻锦县；
独立第20旅常经武部，驻郑家屯；
骑兵第3旅张树森部，驻通辽；
省防一旅于芷山部，驻山城镇；
省防二旅张海鹏部，驻洮南；
公安总队（由原第20师改编）黄显声部，驻沈阳；
辎重教导队牛元峰部，驻沟帮子；
东北空军、海军及宪兵司令部，均驻沈阳；
吉林驻军：
独立第21旅赵芷香（后张治邦接任）部，驻宁安；
独立第22旅苏德臣部，驻双城；
独立第23旅李桂林部，驻长春；
独立第24旅李杜部，驻依兰；
独立第25旅张作舟部，驻吉林；
独立第26旅邢占清部，驻哈尔滨；
独立第28旅丁超部，驻哈尔滨；
骑兵第4旅常尧臣部，驻农安；
省防第1旅孙鹤喜部，驻方正；
省防第2旅王绍南部，驻蛟河；
炮兵第10团穆纯昌部，驻长春；