苏联对此事反应速迅，做好了战与和的两手准备，6月5日，海参崴当局要求释放其在哈尔滨领事馆被捕人员，表示愿意以缩小中东铁路局长权限作为交换条件。13日苏联增兵海兰泡，吉林省当局亦调兵赴瑷珲增防。17日苏联增兵满洲里附近，万福麟派第三旅增防呼伦贝尔。
6月22日—25日，张学良在沈阳召开对苏会议，决定改编陆军屯兵吉蒙边界，接收中东路方法等问题，7月7日，张学良抵达北平与蒋介石会晤，商谈有关中东路的对策，会谈内容如何，外人不得而知，但蒋肯定对收回中东路表示支持7月10日，东三省当局在中东铁路沿线各地配置军队，没收铁路电报、电话，查封苏联商船公司、贸易公司、火油公司等，将中东铁路管理局叶木沙诺夫、副局长艾斯孟特等苏联高级官员全部免职，令范其光代理局长，解散苏联职工联合会、共产青年团、妇女部、童子军等团体，逮捕苏联人200余名，制造了震惊中外的“中东路事件”。
13日，苏联就中东路事件向南京政府发出为期3日的最后通牒。同时黑龙江省城齐齐哈尔自7月1日至13日经由轮船发往萝北、瑷珲、乌云、奇克、逊河等县公文邮件，均被苏军扣留。15日中东路货车停驶，乌苏里铁桥被苏方破坏，吉林、黑龙江军队开往五站、满洲里。
17日苏联政府宣布与国民党政府断绝外交关系，停止与中国的铁路交通，保留1924年中俄、奉俄两协定规定的一切权利，并警告中国东北当局和南京政府，中东路如不恢复原状，中国将有莫大危险，战争至此已不可避免。
中东路事变的起因
1929年东北易帜前后，南京国民政府头面人物吴铁城来到东北，与张取得联系，曾有言“不到东北，不知东北之大；不到东北，不知东北之危”，蒋介石更是片面夸大苏联在东北的势力，使张学良认为苏联在东北势力对其统治构成威胁。同时蒋认为东北依旧是一个独立王国，奉俄开战，只会使自己获得渔翁之利。
同时，东北军中一些少壮派，向张提供了一些错误的讯息，说苏联内部空虚，边境武装不堪一击，战端一开，必然土崩瓦解，尤其连年收成不好，军需民食大成问题，即或引起战争，最后胜利必然属于奉系，张学良决定对苏实施强硬政策。
这些人以中东路督办吕荣寰为首（兼任中东路中方理事方，九一八后曾任伪满产业大臣、伪满驻南京大使等职），孙科在十多年后的《中苏关系》一书中，提到张学良发动中东路事变是“宵小”所致，所指的宵小就是吕荣寰。据许多东北军老人回忆，吕之所以要挑起中东路事变，是因为中东路历年铁路盈余很多，苏方局长主张用于建设，修建铁路，而吕荣寰等则要按股分利，以便从中贪污，于是怂恿张学良强行收回中东路，以致酿成战事。
主张收回中东铁路路权的除吕以外，还有负责对苏外交的东省特区长官张景惠和在张手下办理对苏外交的特区教育厅长张国忱、中东铁路理事邹尚友（后任南京政府外交部司长、公使、大使等职）、李绍庚（后任中东铁路理事长，九一八投靠伪满，任中东铁路督办，1935年任伪满州国交通大臣衙任外交部大臣，1945年3月任伪满驻南京大使）等，张国忱、邹尚友、李绍庚全是哈尔滨商业学校毕业的学生。这个学校是帝俄在哈尔滨办的学校，华人学生从小住在俄国人家里寄住，所授的课程也全是俄文课本，由这个学校毕业的学生不但俄语很好，就是生活习惯和世界观也是帝俄那一套，对帝俄时代的将军也有特殊的崇信。张国忱有一个白俄顾问是帝俄时代的将军，名叫托玛夫斯基，他向张建议说：“苏联有大饥荒，人民奄奄待毙，对于共产党政权极度不满，欧美各国对于苏联也有仇恨，倘若有人此时发难，共产党必倒台。中国若能趁这个机会将中东路主权一举收回，不但苏联此时无力进行反抗，就是世界列强也必双手高举，赞成中国的行动”。张、邹等人此时正想挤掉吕荣，由张取而代之。他们对吕不懂俄语，不谙俄情，却占据全国第一肥缺，心有不甘，同时他们有南京政府外交部也有联系，由蔡运升去职、邹尚友到外交部任职可知。