八月中下旬，随着张学良的命令，自东北易帜后沉静了近两年的东北军战争机器再次全面启动。黑吉辽三省的交通网陷入一片繁忙，一列列风驰电掣的军列运载着全副武装的东北军官兵或堆积如山的辎重物资开赴向各个集结地，浓厚的战争气氛再度团团笼罩在东北大地上。嗅觉灵敏的各方势力纷纷把密切的目光投向东北，全国上下看到东北军这支唯一没有参战的地方军队也开始有了动静后，立刻举国骚动、众说纷纭，社会各界惴惴不安、喜忧参半，不知张学良和东北军究竟加入哪方的阵营里，也不知这场中原大战会不会因为东北军的参战而早点结束，更不知这场大战的结局究竟是什么。根据东北边防军总参谋部和东北边防公署参议厅所联合制定的作战计划，东北军此次入关出动6个步兵师、6个炮兵团、2个骑兵旅、2个战车队、2个航空队，编为两个军，共计约有10万兵力、飞机100多架、大炮600多门、坦克和装甲车200多辆，尽是东北军的精锐。东北军此战共有三个目的：一是调停中原大战，维护国家统一、恢复国内和平；二是将东北的地盘扩张到关内；三是假道伐虢，趁机铲除盘踞在热河的汤玉麟。第一军军长为于学忠，第二军军长为王树常，出关部队总司令为张学良，正副参谋长为杨宇霆和杨杰。
第一军下辖：
第102步兵师师长齐恩铭中将
第103步兵师师长丁春喜中将
第104步兵师师长刘翼飞中将
第1炮兵团团长王绍云上校
第2炮兵团团长黄永安上校
第3炮兵团团长谢绪哲上校
第1骑兵旅旅长何柱国少将
第1战车队队长李振远上校
第1航空队队长徐世英上校；
第一军炮兵总指挥刘多荃少将；
第二军下辖：
第105步兵师师长高维岳中将
第106步兵师师长赵恩臻中将
第107步兵师师长王树常中将
第4炮兵团团长王和华上校
第5炮兵团团长张福山上校
第6炮兵团团长汲邵岚上校
第2骑兵旅旅长郭希鹏少将
第2战车队队长韩梦罴上校
第2航空队队长赵延须上校
第二军炮兵总指挥吴克仁少将。
实际上，第一军和第二军的下辖部队都是原先驻守在辽宁省的部队，是东北军位于最前线且装备最好的精锐。辽宁的七个步兵师一下子就抽走了六个，显然让辽宁陷入了防御空虚。张学良随即下令从吉林省抽调第110师、第111师，从黑龙江省再抽调第112师、第113师，以这四个师调入辽宁省以补充防御兵力，谨防日本人图谋不轨。另外，由于蒋介石已经批准给张学良的东北军再增加10个步兵师的番号，因此张学良命令从吉林和黑龙江境内抽调五万余原先的“农业屯垦团”预备官兵分批进入辽宁省，并准备好武器装备，任命了人事安排，随时把这些“农业屯垦团”组编成正规军部队。当然，为了蒙骗和麻痹反蒋联盟，不能泄露张学良和蒋介石已经达成协议的秘密，这些“农业屯垦团”眼下不能立刻就组建成正规军的，因此这五万多预备官兵暂时调拨到辽宁省内，继续用“农业屯垦团”的名义，进行战备待命，从而确保辽宁省、整个东北都继续万无一失，不会因为东北军此次入关参战而陷入防御空虚。
八月底，东北军第一军、第二军都陆续集结到锦州，从黑吉辽三省后方运来的粮食医药、军械武器、弹药辎重也都源源不断运到锦州，全军士气高昂、兵强马壮。很多东北军的将领们都摩拳擦掌、兴奋不已：“咱们又能入关了！”“这次一定要好好地跟那帮南蛮子一决雌雄！”
8月30日深夜，张学良在锦州的入关部队总指挥部内，命令东北边防公署通讯副厅长周大文启动秘密电台，联系上了正在济南督战的蒋介石。中央军已于8月15日攻占了济南，将山东境内的西北军和晋绥军击溃并都驱逐到了黄河以北，中央军随后高歌猛进、乘胜追击。蒋介石为鼓舞士气，不但对部队悬以重赏，同时亲自在最前线督战。获悉张学良用秘密电台呼叫自己的报告，蒋介石大喜过望，急忙亲自赶到电台边。蒋介石和张学良进行了如下对话：
张学良：蒋主席，您信任我吗？
蒋介石：学良弟，本主席素来绝对信任你。
张学良：蒋主席，您此战是想击溃阎冯，还是想一劳永逸地消灭他们？
蒋介石：当然是彻底消灭这两个屡叛中央的地方巨患了。
张学良：那好。既然蒋主席绝对信任我，并且蒋主席想彻底消灭阎冯，那就请蒋主席在接下来的战事里密切配合我。具体做法如下。
蒋介石：好！学良弟，党国能否度过此次危亡，就都看你的了。我相信你不会辜负党国。
关闭电台后，蒋介石满腹思绪，他在当晚的日记中写道：“…此战胜负，已决于张学良。若张学良以诚待余，此战中央必大获全胜且彻底令阎冯二逆无法再起；倘若张学良口蜜腹剑、包藏祸心，亦联合阎冯李逆合叛中央，中央军必全局崩溃，余亦再无回天之力。党国之安危存亡及余之身家性命，已然尽系于张学良之一身。此战，为余统领党国以来前所未有之赌博。”
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