蘇軍針對中東路事件，于 8月6日迅速成立了蘇聯紅旗特別遠東集團軍，總兵力約四萬余人，下屬兵力3個步兵師、1個騎兵師，一個蒙古騎兵營，特別遠東軍裝備精良，有大量飛機、坦克、重炮、戰(zhàn)艦等技術兵器，還裝備了當時蘇聯最新型的MC-18坦克（MC-1被稱為“俄國版雷諾FT-17”，是蘇聯第一種批量生產的坦克，在蘇聯坦克發(fā)展史上有著極其重要的地位，1932年開始退役，蘇聯人把履帶等行動裝置拆掉，加些水泥木板掩護，被用于當作邊境守備據點使用。張作霖的FT-17和蘇聯的MC-1都有部署在中東路前線，但交戰(zhàn)情況不明），并不斷得到支援，至少增加第21和第35師和若干內務部部隊?？梢钥隙ǖ氖翘貏e遠東軍兵力最高峰不少于8萬人，海軍方面負責支援的是阿穆爾河區(qū)艦隊（阿穆爾河即俄語黑龍江），1929年，中東鐵路事件前夕，阿穆爾河區(qū)艦隊已有3個艦艇大隊（淺水重炮艦、炮艦和裝甲艇共14艘）、1個掃雷艦中隊、1個航空隊（14架飛機）和1個陸戰(zhàn)營，戰(zhàn)后阿穆爾河區(qū)艦隊有63名官兵榮獲紅旗勛章。
特別遠東軍的司令員是瓦西里·康斯坦丁諾維奇·布柳赫爾元帥，也就是北伐軍的軍事總顧問加倫將軍。他是蘇聯首批5位元帥之一，對東北情況和奉軍情況非常熟悉，是北伐的戰(zhàn)略總設計師，曾是蔣介石的首席軍事顧問，蔣對他評價極高，即使在冷戰(zhàn)高峰期（一九五七年）著成的反共名著《蘇俄在中國》，加侖仍是唯一獲得正面評價的蘇聯人，他回憶道：“這時候，留在漢口的蘇俄軍事顧問團團長布魯轍，即嘉倫將軍，離漢回俄時，仍經上海，特地來見我。這位嘉倫將軍自民國十三年（一九二四年）來到中國以后，我認為他是俄國將領中最為杰出而最合情理的一位良友，還有最難得的一點就是他絕對沒有布爾什維克的氣味，所以我至今對他還是念念不忘?！敝劣谔K軍中的軍官，至少有兩位二戰(zhàn)中的蘇聯元帥在此役中擔任相當重要的角色，日后死守斯大林格勒而名揚一時的瓦西里·伊萬諾維奇·崔可夫當時就在集團軍參謀從事情報的收集和整理工作，直接對集團軍司令官布柳赫爾負責，康斯坦丁·康斯坦丁諾維奇·羅科索夫斯基任庫班騎兵第5旅旅長。1929年的蘇軍，國內戰(zhàn)爭期間的將領都還在世。第一個五年計劃剛剛開始，蘇軍并沒有獲得并熟練使用大量技術兵器，如飛機、重炮、坦克等。但是蘇軍當時的士氣很高，工作作得很出色。
蘇軍在東線使用空軍進行空襲，東線轟炸了綏芬河、穆棱兩車站，西線的蘇聯遠東紅軍進攻滿洲里及扎賁諾爾，搶去機車，轟擊車站。7月20日，蘇聯在黑龍江上扣留中國海城號、宜興號兩艘輪船。21日—23日，蘇聯駐齊齊哈爾、哈爾濱、海拉爾、滿洲里、黑河、綏芬河領事及海關職員和僑民經滿洲里回國。至23日止，蘇聯人經滿洲里回國者已達500余人，多半為婦女和兒童。23日，中東鐵路500余名蘇聯員工呈請辭職，代局長范其光以其“無故辭職違則，妨礙路務”予以免職，至本日止蘇聯員工辭職或離職者593人。同時，蘇聯在烏蘇里江和黑龍江扣留華輪，除航務局被扣5艘外，商船也有5艘被扣。沿江電報線亦被蘇方割斷。
7月28日，蘇軍步兵1個團、鐵甲車3輛、炮4門，到十八里小站，割斷通滿洲里電線，勒令中國軍警撤退。該站駐軍1個排和4名警察，因寡不敵眾，于晚7時撤退。29日，蘇軍炮擊中國密山縣當壁鎮(zhèn)。
7月31日，蘇軍又出動20架飛機在中國軍隊上空盤旋偵察。
8月6日，中東鐵路細鱗河站鐵橋石墩被炸壞兩個。此后，破壞鐵路，炸毀隧洞等事時有發(fā)生。
8月8日，蘇軍百余名攜大炮2門、機槍3挺，在鷗浦縣街南門外與中國陸軍交戰(zhàn)，互有傷亡。蘇機5架在綏芬河市上空盤旋，鳴“空炮”200余響，在東山陸軍防所附近及國界三道洞子各投彈1枚，后又來蘇機27架在中國領空飛行數周而去。午后4時左右，蘇軍百余人占領滿洲里紅山嘴子。夜間進至三卡（即額爾德尼托羅輝卡倫）。
8月9日，蘇軍40余人在距蘿北縣30里之古站設卡兩道。遮斷交通，擄劫行人。同日蘇軍300余名及軍艦2艘占據距同江90里之胡家柈廠。
8月11日，密山縣當壁鎮(zhèn)燒商東源茂，請來民團40名，連同所雇“護勇”共有槍80余支。當晚與蘇聯騎兵400余名交戰(zhàn)，被蘇軍打敗，趕出商號。
8月12日，北兆興鎮(zhèn)三間房、綏濱中興鎮(zhèn)、李家油坊等處被蘇軍2000余人分頭占領。蘇軍40余人乘小船8只到烏云縣柳河屯登陸，打死保衛(wèi)團多人，返回彼岸。
8月13日，蘇方用大炮攻擊鷗浦縣城。14日早縣城失守。文書檔案被焚毀，縣遷至呼瑪縣屬金山鎮(zhèn)辦公。
8月15日，蘇軍炮轟東寧，激戰(zhàn)一夜未曾攻入，次日黎明蘇軍撤退，同時向扎賁諾爾東北軍梁忠甲部43團駐地派出步兵百余名。
8月16日，蘇軍步兵兩連、騎兵一連由蘇境阿巴該圖向扎蘭諾爾中國陣地射擊，雙方戰(zhàn)斗2小時，互有傷亡。午后2時30分，蘇軍步、騎、炮約一師兵力，由阿巴該圖越境，向扎蘭諾爾站進攻，炮擊東北軍陣地，雙方激戰(zhàn)5小時，蘇軍始退。根據當時臚臏縣縣長齊肇豫電稱：“俄軍此次越境，據聞意在破壞扎站鐵橋、斷絕交通”。
8月17日，中國國民發(fā)表對蘇聯交戰(zhàn)宣言。駐滿洲里梁忠甲旅長報告戰(zhàn)況稱，所屬三十八團、四十三團午后與來犯蘇軍步、騎兵一個團作戰(zhàn)4小時，現仍處于對峙中。蘇軍在阿巴該圖附近有一個師以上兵力，并有特種部隊。蘇軍襲擊海拉爾交涉員所屬的七卡、八卡，雙方交戰(zhàn)一晝夜，中國軍隊敗退。
8月18日晚10點30分，蘇軍又開始向扎賁諾爾東北軍第43團2、3營陣地攻擊。
8月19日下午一時，扎賁諾爾四十三團陣地對面蘇軍又增兵約六、七百名。五時蘇軍又出動飛機五架由阿巴該圖向十八里小站飛來，8月19日，蘇軍攻陷綏濱縣城。
8月20日早6時，蘇軍用鐵甲列車運兵200余名，向梁忠甲部騎兵十團進攻，戰(zhàn)斗1小時左右蘇軍退去。
8月31日，蘇軍大船炮轟黑河察哈彥等三卡倫，卡房被焚毀。
8月25日，蘇軍步騎兵四百余名，在扎賁諾爾駐軍四十三團陣地右前沿約千米處構筑工事。
9月4日，蘇軍以異常猛烈的火力向駐扎蘭諾爾的四十三團、三十八團陣地右翼轟擊。
9月9日下午4時，蘇軍約一個團，在大炮掩護下，由十八里小站方面向滿洲里車站中國軍隊發(fā)起猛攻。晚8時30分，蘇軍撤退。下午4時，蘇機8架轟炸綏芬河車站，中方傷亡50余人，一團長受傷。
9月16日夜，蘇軍百余名襲擊臚臏縣庫克多博卡哨卡，焚毀卡房。
9月28日，蘇軍200余人攻打畢拉爾河（即十一卡），打死卡官呂得祥；打死打傷卡兵及男女百姓百余人。室韋縣長及九卡、十卡亦先后退至河塢以南。
蘇軍初期使用至多不超過一個團的兵力，對東北軍進行襲擾，企圖迫使東北軍做出讓步，東北軍則針鋒相對，在中東鐵路中大量起用反蘇的流亡白俄，并召集白俄人入伍。早年張宗昌所率領的直奉聯軍就有五六千名白俄軍人，這些白俄多是職業(yè)軍人出身，軍事素質好，雖然紀律較差，但戰(zhàn)斗力給東北軍留下很深的印象，故此東北軍企圖以俄制俄，不料更加激怒了蘇軍。 蘇軍經過兩個多月的時間，通過西伯利亞大鐵路集結了超過八萬人以上的強大兵力，后勤補給也沒有問題，而同時奉蘇談判完全破裂，9月18日蘇聯向各國大使宣布，關于中東鐵路問題，蘇方始終主張和平解決，而中國態(tài)度虛偽，毫無誠意。認為今后之交涉無望，以前經過德國調停一切交涉斷然中止。此后對于中俄國境惹起一切不祥事件之責任，蘇概不承擔，決定對東北軍發(fā)起致命性的攻擊，以促使東北當局回到談判桌前。 東北軍對此亦有了解，故10月4日，東北邊防軍司令長官公署擬定《國民義勇軍組織條例》。內稱，“赤羌寇邊，首在抗御，凡屬國民或團體有為國犧牲效命疆場之志愿者，投為義勇兵、義勇軍”。條例規(guī)定，名義上屬個人者，定為國軍義勇兵，屬于團體者定名為國民義勇軍。10月2日，蘇軍步兵千余人向滿洲里三十八團三營陣地進攻，雙方戰(zhàn)斗激烈。隨后又不斷以飛機大炮掩護向滿洲里車站各陣地進攻，雙方戰(zhàn)斗到3日晨。
10月10日，貝加爾方面蘇軍3萬人向中國東北邊界進發(fā)，而此時負責防守梁忠甲旅已與蘇軍對峙數十日之多，后援不繼，告急求援。
東北當局對于戰(zhàn)爭也早就開始準備。8月15日，張學良動員東北軍約6萬人，派王樹常為防俄軍第一軍軍長，任東路總指揮；胡毓坤為防俄軍第二軍軍長，西路軍總指揮。17日，張學良為增強邊防力量，除已派丁超、梁忠甲兩旅外，又命吉林黑龍江再各派兩旅，全軍已達10旅，約10萬人。 防俄軍第一軍軍長兼東路軍總指揮 李端浩東北陸軍第四旅 劉翼飛
東北路軍第十二旅 張廷樞
東北陸軍第十九旅 孫德荃
暫編騎兵第一師 鄭澤生
東北炮兵第二團 黃永安
東北電信隊 王景元
防俄軍第二軍軍長兼西路軍總指揮 劉忠干東北陸軍第五旅 董英斌
東北陸軍第十四旅 徐永和 東北路軍第二十四旅 黃師岳 東北陸軍騎兵第三旅 張樹森 東北陸軍炮兵第五團 張福山 東北陸軍工兵第一營 周葆全 東北陸軍電信隊 王汝梅 前方總指揮 東北陸軍第十八旅旅長 丁超 前方副指揮 東北陸軍第二十一旅旅長 趙芷香東北陸軍第九旅 李杜
東北海軍副司令 沈鴻烈
東北海軍炮火總指揮 張力聲
東北江防艦隊 謝剛哲
海軍陸戰(zhàn)隊 駐同江
海軍陸戰(zhàn)隊 駐同江
海軍陸戰(zhàn)隊 駐依蘭
防俄預備軍 周濂東北路軍第十五旅 梁忠甲
東北陸軍第十七旅 韓光第
黑龍江陸軍步兵第一旅 張殿九 滿洲里警備司令 穆春 長期以來，奉軍占據東北，故戰(zhàn)事不利時可退往東北，戰(zhàn)事有利時可以出兵關內，故此勇敢精神不夠。雖然在后來歷次的整軍經武中軍事素質大大提高，但是仍然缺乏現代戰(zhàn)爭意識，不思進取。
