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在柳條湖鐵路爆炸的同時，島本中隊長率領200人立即向北大營發動進攻，緊接著駐守奉天城關東軍第二步兵師第二旅第29團一部，開始由南面向北大營發動進攻，日軍鐵路守備隊第二營由北面向北大營同時發動進攻。
其實早些時間，王一哲和駐守在北大營第七旅官兵，已經嗅到日本人的軍事調動，可是張學良嚴令他們面對日本人的挑釁，要不予理睬、不得違令向日本人進行主動進攻。就在當晚，日本人全副武裝，向北大營靠近，北大營哨兵和值班軍官看到這番情景，各個都義憤填膺，但是在嚴令下，他們只能呆在兵營，眼睜睜的看著日本人在挑釁、聽天由命。
柳條湖的一聲爆炸，熟睡的官兵被驚醒，他們還沒搞清楚怎麼回事，炮彈和密集的槍彈便打在他們身上，頓時兵營內亂成了一鍋粥，而個別有血性的軍官自發組織開始還擊。接著他們向城內的旅長王一哲報告情況。
王一哲不敢怠慢，立即上報東北軍參謀長榮臻和省長藏式毅。二人驚慌失措沒有注意。省長藏式毅火速給日本住奉天領事館打電話進行交涉，日本領事的回答是：軍人行動，領事無權處理，其實就是預設了日本關東軍的軍事行動。
與此同時，參謀長榮臻向北平張學良官邸打電話，得到的回答是，張將軍攜夫人正陪著英國大使看戲，無法取得聯絡。此時北大營的軍官一再催促他怎麼辦？事前張學良一再下令，對於日本人的挑釁要忍讓剋制。榮臻只好含淚下達命令：“不抵抗，即使勒令繳械、佔領營房，均可聽其自便。沒有辦法王一哲只好下達了撤退的命令。
撤退命令下達北大營後，有兩個團便率先倉皇撤退，可是撤退命令卻遺漏了正在率部進行頑強還擊的620團團長王鐵漢部。此時王鐵漢率領部隊仍然進行頑強阻擊，日軍的炮彈在身邊不斷的爆炸，密集的槍聲不斷的打在士兵的身上，情況萬分緊急。
“報告團長，其它兩個團已經撤走了，聽說他們接到了撤退命令，我們怎麼辦？”一名副官稟告。王鐵漢罵道：“他媽的都是怕死鬼，我沒有接到突圍的命令，告訴弟兄們給我死守，誰膽敢後退一步，就地槍決。”
王鐵漢作為有血性的軍人，已經完全把生死置之度外，向日本人還擊是他義不容辭的責任。臨晨1時，日軍已經突進兵營，處於三面包圍的北大營，頓時兇險起來，情況萬分危急。此時只有北大營西部沒有日軍。這時副官倉惶報告，彈藥庫被日軍佔領了，人員已經傷亡了500多人。
處於敵人的包圍之中，而且彈藥越來越少，在沒有援兵的情況下，不少官兵失去了信心，戰之臨晨三時，王鐵漢只好命令部隊向西突圍。而日本人參與進攻北大營的兵力，只有區區600百人。臨晨四時北大營被日軍佔領。
9月18日傍晚，在太原穆亞平官邸，一名副官正在向他稟告：“報告軍座，大同來電，截止到現在，太原機場降落飛機195架，其中5架飛機。在降落過程中墜毀，有三名飛行員死亡，兩名飛行員重傷。另外來自赤峰點報告，有5架飛機被迫迫降，其中4架飛機墜毀，一架飛機成功迫降，一名飛行員生還。”
副官停頓一下接說：“化德報告，有5架飛機在降落過程中墜毀，飛行員無人生還，其中有一架運輸機搭載了5名機師也都死亡。估計另外22架飛機在飛行過程中墜毀了，到現在為止沒有一點訊息，生還的可能性不大。魯師長已經電令搜尋部隊進行查詢，情況就是這些。”
穆亞平有些痛苦的閉上眼睛，工作準備得如此完善，居然還損失了三十二架飛機，關鍵是那些寶貴的飛行員。其實穆亞平有些追求完美了。後來資深專家研究這次