想施展的張學良拿蘇聯開刀
中東鐵路是沙俄在我國東北地區修的一條鐵路，1903年修成，西起滿洲里，中經哈爾濱，東到綏芬河；從哈爾濱經沈陽，南到大連，形如“丁”字。並連結俄境內的赤塔和符拉迪沃斯托克（海參崴）。後來控制權掌握在蘇聯手里。1929年，張學良下令收回中東鐵路沿線的電話權，蘇聯予以默認，但蘇聯駐沈陽領事庫茲涅佐夫就此事向張學良提出抗議，要求償還百萬元安裝費。4月，蘇聯在談判中做出讓步，允許華人擔任中東鐵路管理局商務、機務、車務、總務、會計、進款等6處處長，但要求中國方面承認中東路蘇聯工會。張學良由此認為蘇聯態度軟弱，不久即收回中東鐵路哈爾濱氣象觀測站，蘇聯亦予以默認。
5月27日，經哈爾濱特區行政長官張景惠批准，特區警務處以“蘇聯將在哈爾濱領事館召開遠東黨員大會”為由，搜查了蘇聯領事館，在地下室逮捕了39人，同時搜出並扣押了大批文件。被捕人員中，除有蘇聯駐沈陽總領事庫茲涅佐夫外，多數是中東路的重要職員和各聯合會、局的經理或委員。特區警務處同時封閉了蘇聯職工會，並強迫中東路蘇方正、副局長停職。事件發生後，蘇方提出嚴重抗議，並要求釋放被捕人員。張學良拒不放人，態度強硬。這就是“中東路五二七事件”，成為中東路事件的開端。
當時，蘇聯和日本在東北都占有特殊權益，但蘇聯不像日本那樣在東北駐有軍隊。日本明目張膽地把東北視為自己的保護地，公開插足和干預東北事務，蘇聯對東北安全的威脅遠沒有日本那樣大。而僅僅一年前，張作霖剛剛被日本關東軍炸死於皇姑屯。為了避免東北孤懸關外，淪為朝鮮第二，張學良冒着巨大壓力，毅然選擇了易幟一途，就是要使東北和關內聯成一氣，以全國之力來抵制日本。可見張學良深知日本的威脅遠甚於蘇聯，然而他選擇向蘇聯開刀，頗令人們疑惑。
根據歷史學家楊奎松最新的研究成果，沒有證據顯示搜查蘇聯領事館行動是受蔣介石的主使和密令。用張學良晚年自己的話來說，他所以會去挑戰蘇聯，是因為“那時，我不自量力，很想施展一下子”，“要想把東北的地位提高”。
由於南京國民政府早已與蘇聯斷交，這時又屢有情報顯示有反蔣傾向的馮玉祥與蘇聯暗中勾結，而蘇聯的勢力在北滿地區又頗為活躍，這種情況無疑極易引起南京方面的猜忌。因此，趁着南京政府推行收回帝國主義在華權益的“改訂新約運動”之機，對蘇聯發難，就成了張學良向南京表明自身立場的一種極好的選擇。當時，蘇聯在國際上較為孤立，這自然也促成了張“不自量力”地看輕蘇聯，因而敢於動武的心理。
張學良強收中東鐵路
進入6月，蘇聯一方面在其國內找借口拘押華僑華商施以報復，同時，在中蘇邊境蘇聯一側頻繁調動軍隊，而中東鐵路蘇方員工亦以罷工等形式向東北當局表示抗議。張學良派兵增防邊界地區。蔣介石決定以強硬態度對付蘇聯。不過兩人態度有所不同，張學良想的是讓蘇聯遵守1924年簽訂的協議，蔣介石想的是索性收回中東鐵路全權，大不了和蘇聯絕交。
為了統一思想，7月6日，張學良專程赴北平，與蔣介石商議中東鐵路問題。蔣介石態度很清楚：“收回中東路權,以防止蘇俄赤化東省。”他強調，中蘇事實上已經斷交，故不必怕與蘇聯絕交，且以蘇聯在國際上的地位，亦不必擔心中蘇開戰。縱使萬一中蘇開戰，中央也可出手相助，出兵10萬，撥幾百萬元軍費不成問題。由於蔣介石的極力推動，張學良最終同意了收回中東路管理權,驅逐所有蘇籍管理人員,之後爭取收回整個中東路的方針。7月10日，張學良下達命令給哈爾濱特區行政長官張景惠，強行收回中東路權。
接到張學良電報的當天，哈爾濱特區警務處依據長官公署令，以中東鐵路各職工會以及蘇聯遠東貿易局、煤油局、商船聯合會等蘇駐哈機關宣傳赤化為由，一律解散或予以查封。當日傍晚，特警處更進一步將蘇聯駐哈爾濱代理領事及中東鐵路管理局局長等59名蘇方人員驅逐出境。張學良則於滿洲里一帶，增兵5個旅，嚴為防范。
中蘇徹底斷交，中蘇邊境軍隊集結
中東路事件發生,蘇方迅速做出反應。13日，蘇聯照會國民政府，聲明願意和平談判解決中東路問題，要求中國政府撤銷對中東鐵路所下的命令並釋放蘇聯人員。同時警告國民政府，蘇聯政府將在三日內等候中國政府做出答復。
收到蘇聯政府的照會後,蔣介石除了電示在北戴河避暑的張學良“本原定方針,妥慎處理，持以鎮靜”以外,對蘇方的威脅並不以為意。他甚至不願與蘇聯就此交涉。南京政府其他要員,如鐵道部長孫科、立法院長胡漢民等,亦相繼出面發表談話，聲稱蘇方照會實為恫嚇，不足為慮。最終，蔣介石拒絕了蘇方的要求。
早在1927年，南京國民政府宣布對蘇聯絕交，由於東北地區當時在奉系控制下，屬南京政府統轄范圍之外，所以蘇聯在東北的領事館得以暫時保存，東北易幟後這些領事館也沒有撤走，因此，雙方雖然斷交，但不是沒有聯系。17日，蘇聯宣布召回在華全體外交官、領事及商務代表；召回政府任命之中東路全體職員；停止中蘇間全部鐵路交通；命令駐蘇中國外交官、領事即時離開蘇聯國境。中國駐蘇聯使領館人員亦隨後經芬蘭轉去歐洲歸國。中蘇兩國自此徹底斷絕了一切外交關系。與此同時，蘇聯政府決定，采取必要的軍事行動，開始在中蘇邊境集結軍隊。
黑瞎子島被蘇軍占領
1929年7月19日晚，蘇軍在綏芬河一帶向中方守軍開火，並扣留行駛在黑龍江上的中國船只。蔣介石還是不相信蘇聯會開戰，一面堅持對蘇采取強硬態度，一面則要求東北方面退避三舍，力避沖突，其基本策略就是希望通過外交手段，推動在美英等國主導下的非戰公約組織和國際聯盟出面，不戰而達成脅迫蘇聯讓步提升南京正統地位的目的。
8月6日，蘇聯革命軍事委員會發布命令，為配合蘇聯阿穆爾河（黑龍江）艦隊對中國軍隊作戰，組建遠東特別集團軍，重新起用熟悉中國情況、曾擔任國共合作時期廣東政府軍事顧問的布留赫爾（在中國時化名為加倫將軍）為集團軍司令官，司令部設在哈巴羅夫斯克（伯力）。8月13日，蘇聯兩艘兵艦侵入黑龍江省綏東縣境。從此，中蘇邊境沖突不斷發生。8月15日，東北邊防軍司令長官張學良動員東北軍6萬人，組成“防俄軍”。
8、9月間，德國出面調停，但沒成功，蘇軍進一步加強了對中國邊境的軍事示威行動。10月初哈爾濱特區高等法院開審蘇聯領事館案，更使蘇方把過去單純的示威行動，變成了相當規模的武裝入侵。10月12日，著名的同江戰役爆發。蘇軍出動飛機25架、軍艦10艘、機關炮車40余輛，後又增派騎兵約800余名、步兵3000余名，向同江中國守軍發動大規模進攻。中方海軍江防艦隊頑強抵抗後幾近全軍覆沒，江平、江安、江泰、利捷、東乙等5艦被擊沉，利綏艦受重傷逃回富錦。同時團以下軍官17人戰死，士兵傷亡約700余名。戰至午後3 時，蘇軍奪取了同江縣城，黑瞎子島也在此役中被蘇軍占領，中方守軍被迫退守富錦。
10月14日，東北軍為把同江至富錦的河道封鎖，先後把6只拖船、2只商船和2艘軍艦沉入江底。30日晨8時，蘇軍飛機10余架飛抵富錦上空，向東北軍進行轟炸，東北軍雖然做了還擊，但損失嚴重，不得不退卻。31日上午10時，蘇軍集中軍艦7艘，飛機9架，步騎兵3000余人，各種炮80余門，全力進攻富錦，經激戰，於當日晚6時占據富錦。
11月中旬，東路蘇軍深入百余里，打下了密山縣，並進至佳木斯以北牡丹江以東地區。
西線東北軍受蘇軍打擊更慘
相比較東線戰事，西線戰事更為慘烈一些。滿洲里位於中東鐵路最西端，是通往蘇聯和外蒙的必經之地。11月7日，蘇軍開始轟炸和圍攻滿洲里。東北軍第15旅英勇還擊，堅守陣地。11月17日晨，蘇軍在遠東集團軍司令官布留赫爾指揮下，以一個師以上的兵力，大炮60門、飛機20余架，並配以坦克、裝甲汽車等現代武器，大舉進攻滿洲里以東的扎賚諾爾。與此同時，蘇軍進襲扎賚諾爾以東的嵯崗站，以阻斷東北軍的後援。東北軍第17旅拼死抵御，與蘇軍激戰兩晝夜，傷亡2000余人，旅長韓光弟、團長林選青陣亡，團長張季英重傷後自殺，另一團長何雙奇率余部1200余人突圍退出。19日，蘇軍占領扎賚諾爾。
扎賚諾爾戰役打響後，滿洲里的第15旅企圖突圍東援第17旅，但未成功。不久，攻占扎賚諾爾的蘇軍轉向西進，第15旅陷入重重包圍之中。第15旅拼死抗爭，傷亡日增,在孤立無援、彈盡糧絕之時，向南突圍，復遭蘇軍堵截，結果以失敗告終。此役，副旅長魏長林陣亡，旅長梁忠甲以下8431人被俘。
蘇軍在取得扎賚諾爾和滿洲里戰役勝利後，曾威逼駐守在海拉爾一帶的東北軍步兵第1旅和騎兵第3旅放下武器，但遭到拒絕。於是，蘇軍特別組建了搭乘裝甲列車的快速集群。11月25日，蘇軍占領海拉爾。
這邊東北軍備受蘇軍打擊。而曾經許諾出兵10萬的蔣介石遭遇張發奎、俞作柏、李明瑞、唐生智乃至馮玉祥等部聯合反蔣的巨大壓力，“泥菩薩過河自身難保”，除了推動國民政府撥款200萬元外，對張學良啥忙也沒幫上。並且，蔣還不得不向張學良索要重炮營以為奧援。
中蘇之戰，為“九 一八”事變提供了條件
損兵、折將、失地的張學良此時已顧不得蔣介石要求他不屈不撓、忍辱負重的命令。11月26日，張學良聯絡蘇聯代理外交人民委員長李維諾夫，要求就中東路事件舉行談判。隨後，東北當局派代表與蘇方代表在伯力會談，於12月簽訂了《伯力協定》, 中東路恢復中蘇沖突前狀態，蘇方停止軍事行動，中東路恢復“中蘇共管”運營。也就是從這時起，蘇軍霸着黑瞎子島再沒撤軍。
中東路事件最大的受益者其實不是打了勝仗的蘇聯，而是跟事件關系不大的日本。有着飛機、坦克、軍艦的30萬東北軍號稱勁旅，但在與蘇軍的作戰中把自己的弱點暴露給了日本。日本在中東路事件發生後，借口保護僑民，乘機增兵長春等地；在沈陽、長春進行攻城演習。在中蘇交戰的前沿派出軍事觀察組，全面了解兩國軍隊情況，做出戰略評估。中蘇之戰，客觀上為日本發動“九一八”事變提供了條件。
“九一八”事變後，1935年3月23日，蘇聯同日本和偽“滿洲國”簽訂買賣中東路的協定，獲日幣1億4000萬元。1945年8月14日，根據《雅爾塔協定》，國民黨政府和蘇聯政府簽訂了《中蘇友好條約》和四項協定，規定將中東鐵路和南滿鐵路合並成中國長春鐵路，由兩國共同經營，以30年為期，期滿無償歸還中國。1952年12月31日，蘇聯政府將中東路的一切權力及全部財產移交給中華人民共和國。