东北易帜后，张学良服从中央政府。为了迎合国民党主张的民族主义革命外交，他采取行动，接收了由中苏共管的中东铁路，以显示国家主权。他于1929年5月间派兵搜查苏联驻哈尔滨领事馆，逮捕39名苏联人。7月又下令解除中东路苏方官员职务，并以武力回收中东路。
日本在满洲驻军，历来视东北为其势力范围。蒋介石分析苏联实力不会比中国强大太多，还认为斯大林忌惮日本，决不敢入侵中国，他就大胆肯定了张学良的行动。张学良觉得，斯大林若真的出兵，东北军有蒋介石派兵支援，也可以力敌苏联红军的远东师团。7月14日，苏联政府发出最后通牒，要求恢复中东路现状，张学良不予理睬。10月12日，苏军越过边界，迅速击败了张学良的精锐部队，俘虏8000多人。张学良退守新防线，急电南京求援。
蒋介石发现苏联的实力超出了他的估计，并且真的敢入侵中国。日本人尽管有独霸东北的野心，但是并不急于插手，观望对他们更加有利。南京政府虽然已经对苏联宣战，实际上要应对冯玉祥的叛变，根本抽不出兵力支持张学良。蒋介石只好收回早先大胆的立场，建议张学良撤退。斯大林不想刺激日本人，就与南京和沈阳当局达成伯力协议，恢复苏联在中东铁路的地位，并在铁路公司董事会增添一席董事。
中东路事件主要是张学良一时的冲动，他也低估了苏联的实力，以为即使没有中央军支持，东北军就可以解决问题。南京政府的强硬态度，也是高估了东北军，最终只是换来了一个尴尬的结果。
中东路事件让张学良意识到，蒋介石在东北面临危险的时候，不一定会派兵支持，更多是希望东北军自己有能力解决。
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