蘇聯(lián)對此事反應速迅，做好了戰(zhàn)與和的兩手準備，6月5日，海參崴當局要求釋放其在哈爾濱領事館被捕人員，表示愿意以縮小中東鐵路局長權限作為交換條件。13日蘇聯(lián)增兵海蘭泡，吉林省當局亦調兵赴璦琿增防。17日蘇聯(lián)增兵滿洲里附近，萬福麟派第三旅增防呼倫貝爾。
6月22日—25日，張學良在沈陽召開對蘇會議，決定改編陸軍屯兵吉蒙邊界，接收中東路方法等問題，7月7日，張學良抵達北平與蔣介石會晤，商談有關中東路的對策，會談內容如何，外人不得而知，但蔣肯定對收回中東路表示支持7月10日，東三省當局在中東鐵路沿線各地配置軍隊，沒收鐵路電報、電話，查封蘇聯(lián)商船公司、貿易公司、火油公司等，將中東鐵路管理局葉木沙諾夫、副局長艾斯孟特等蘇聯(lián)高級官員全部免職，令范其光代理局長，解散蘇聯(lián)職工聯(lián)合會、共產青年團、婦女部、童子軍等團體，逮捕蘇聯(lián)人200余名，制造了震驚中外的“中東路事件”。
13日，蘇聯(lián)就中東路事件向南京政府發(fā)出為期3日的最后通牒。同時黑龍江省城齊齊哈爾自7月1日至13日經由輪船發(fā)往蘿北、璦琿、烏云、奇克、遜河等縣公文郵件，均被蘇軍扣留。15日中東路貨車停駛，烏蘇里鐵橋被蘇方破壞，吉林、黑龍江軍隊開往五站、滿洲里。
17日蘇聯(lián)政府宣布與國民黨政府斷絕外交關系，停止與中國的鐵路交通，保留1924年中俄、奉俄兩協(xié)定規(guī)定的一切權利，并警告中國東北當局和南京政府，中東路如不恢復原狀，中國將有莫大危險，戰(zhàn)爭至此已不可避免。
中東路事變的起因
1929年東北易幟前后，南京國民政府頭面人物吳鐵城來到東北，與張取得聯(lián)系，曾有言“不到東北，不知東北之大；不到東北，不知東北之危”，蔣介石更是片面夸大蘇聯(lián)在東北的勢力，使張學良認為蘇聯(lián)在東北勢力對其統(tǒng)治構成威脅。同時蔣認為東北依舊是一個獨立王國，奉俄開戰(zhàn)，只會使自己獲得漁翁之利。
同時，東北軍中一些少壯派，向張?zhí)峁┝艘恍╁e誤的訊息，說蘇聯(lián)內部空虛，邊境武裝不堪一擊，戰(zhàn)端一開，必然土崩瓦解，尤其連年收成不好，軍需民食大成問題，即或引起戰(zhàn)爭，最后勝利必然屬于奉系，張學良決定對蘇實施強硬政策。
這些人以中東路督辦呂榮寰為首（兼任中東路中方理事方，九一八后曾任偽滿產業(yè)大臣、偽滿駐南京大使等職），孫科在十多年后的《中蘇關系》一書中，提到張學良發(fā)動中東路事變是“宵小”所致，所指的宵小就是呂榮寰。據(jù)許多東北軍老人回憶，呂之所以要挑起中東路事變，是因為中東路歷年鐵路盈余很多，蘇方局長主張用于建設，修建鐵路，而呂榮寰等則要按股分利，以便從中貪污，于是慫恿張學良強行收回中東路，以致釀成戰(zhàn)事。
主張收回中東鐵路路權的除呂以外，還有負責對蘇外交的東省特區(qū)長官張景惠和在張手下辦理對蘇外交的特區(qū)教育廳長張國忱、中東鐵路理事鄒尚友（后任南京政府外交部司長、公使、大使等職）、李紹庚（后任中東鐵路理事長，九一八投靠偽滿，任中東鐵路督辦，1935年任偽滿州國交通大臣衙任外交部大臣，1945年3月任偽滿駐南京大使）等，張國忱、鄒尚友、李紹庚全是哈爾濱商業(yè)學校畢業(yè)的學生。這個學校是帝俄在哈爾濱辦的學校，華人學生從小住在俄國人家里寄住，所授的課程也全是俄文課本，由這個學校畢業(yè)的學生不但俄語很好，就是生活習慣和世界觀也是帝俄那一套，對帝俄時代的將軍也有特殊的崇信。張國忱有一個白俄顧問是帝俄時代的將軍，名叫托瑪夫斯基，他向張建議說：“蘇聯(lián)有大饑荒，人民奄奄待斃，對于共產黨政權極度不滿，歐美各國對于蘇聯(lián)也有仇恨，倘若有人此時發(fā)難，共產黨必倒臺。中國若能趁這個機會將中東路主權一舉收回，不但蘇聯(lián)此時無力進行反抗，就是世界列強也必雙手高舉，贊成中國的行動”。張、鄒等人此時正想擠掉呂榮，由張取而代之。他們對呂不懂俄語，不諳俄情，卻占據(jù)全國第一肥缺，心有不甘，同時他們有南京政府外交部也有聯(lián)系，由蔡運升去職、鄒尚友到外交部任職可知。