1931年4月，日軍第2師團從仙台調到東北遼陽換防。該師團成員多為日本北方人，適於在中國東北寒冷地區作戰。
7月1日日本參議官會議決定將駐中國東北的日軍由輪換製改為常駐製，並密令第2師團以聯隊為單位集中駐屯，獨立守備隊各大隊、中隊亦相對集中兵力，以便隨時投入戰鬥。駐朝鮮的日軍第19、第20師團亦作出了向中朝邊境集結的計劃，準備從圖們江和鴨綠江兩個方麵越境以支援關東軍，並派出先遣部隊進行架橋和測量等戰備行動。
九·一八事變爆發前，日軍在東北的正規軍已達1.5萬餘人（第2師團為縮編部隊，每步兵聯隊缺1個步兵大隊，每大隊缺1個步兵中隊，全師團約1.04萬人；6個獨立守備大隊，每大隊4個步兵中隊，每中隊160人，共約4000餘人；還有旅順要塞部隊和重炮兵大隊等），另外有在鄉軍人和警察等輔助部隊約1萬餘人。總兵力約2.7萬人。日軍以沈陽為中心，部署於南滿鐵路沿線，以便於機動兵力。其具體兵力部署為：
第2師團司令部，師團長多門二郎中將，駐遼陽；
步兵第3旅團，旅團長長穀部照少將，駐長春；
步兵第4聯隊，駐長春；
步兵第29聯隊，駐沈陽；
步兵第15旅團，旅團長天野六郎少將，駐遼陽；
步兵第16聯隊，駐遼陽；
步兵第30聯隊，駐旅順；
騎兵第2聯隊，駐公主嶺；野炮兵第2聯隊，駐海城；
工兵第2中隊，駐鐵嶺；
獨立守備隊，司令官森連中將，駐公主嶺；
獨立守備第1大隊，駐公主嶺；
獨立守備第2大隊，駐沈陽；
獨立守備第3大隊，駐大石橋；
獨立守備第4大隊，駐連山關；
獨立守備第5大隊，駐鐵嶺；
獨立守備第6大隊，駐鞍山；
重炮兵大隊，駐旅順；
關東軍憲兵隊，駐旅順；