原宁安公安总队长刘万魁率所部1000余人，于15日在宁安以西接受整编，整编为自卫军第五独立团。关东军在张海鹏叛军失败之后即准备直接出兵，认为中国军队破坏嫩江桥是最好的借口，遂以洮昂路的修建有日本投资为理由，决定以第2师团第16联队的步、炮各1个大队和1个工兵中队组成嫩江支队，在独立飞行第8中队协助下，以武力掩护修桥，来挑起事端，发动进攻。但当时日本陆军省和参谋本部对苏联尚有所顾忌，因而不同意关东军进攻。金谷范三曾电令关东军：“为修江桥，可以出动。但如向远离嫩江的北满出兵，无论有何项理由，非经我批准，都不许出兵。”但当从日本驻苏联大使广田弘毅口中得知苏联副外长加接罕已于10月29日向日本声明苏联对交战双方都不提供任何支持、采取“严格的不干涉政策”时，日本陆军省等的态度才有所改变，转而采取支持关东军的态度。

1931年11月2日，本庄繁令齐齐哈尔日本特务机关长林义秀向马占山发出最后通牒：马占山军在1931年11月3日正午前必须自嫩江铁桥后撤至10公里以外地区，在日军修桥完竣之前不得进入该地区；如不接受上述要求，则日军将使用武力。马占山决定对日军修桥不予干涉，但如进攻中国军队，则采取自卫措施。

1931年11月4日上午，日嫩江支队先遣中队在飞机掩护下从江桥车站北进，通过嫩江桥后向大兴车站以南的中国军队阵地进攻。是时马占山卫队团徐宝珍部、张竞渡部共2700人奋起迎击，将敌击退。下午，日军集中兵力约4000余人，由滨本大佐指挥，在飞机坦克和重炮掩护下向江桥发动进攻。日军先突入江桥左翼阵地，继而向江桥正面大兴线主阵地猛攻。中国守军奋起还击。日军一度突入我阵地，双方展开白刃战，日军不支遂撤向江岸，遭到预伏在芦苇中的中国军队截击。此时，日军援军赶到，在立足未稳之际又被守军骑兵夹击，被迫退回。战到20时，日军败退遗尸400余具。是日夜，日军连续炮击后乘船百只偷袭，待船近北岸时，潜伏在芦苇内的中国军队突然开火，日军死伤落水者众，余皆退回。此日中国军队伤亡300余人，日伪军伤亡1000余人。日军集中兵力，在飞机和炮兵的支援下连续进攻，均被守军击退。日军低飞投弹的飞行员大针新一郎中尉亦被击伤。

1931年11月5日上午，日军集中全力再次发动进攻。战斗极为激烈。上午6时，日军以数十门大炮对守军阵地炮击。7时，日伪军8000余人在大炮和飞机掩护下，日军从中路、伪军从左右两路渡江。当船到江心时，中国军队猛烈还击，日伪军虽伤亡很大仍挣扎强渡。10时，日军占领江岸第一线阵地，守军分撤至左右两翼阵地，日军继而向第二道防线大兴阵地猛攻，遭到守军顽强抗击。 中午，马占山赶到前线指挥吴德霖团和徐宝珍团从正面反攻，急调骑兵第1旅萨布力团从两翼包抄日军。从15时血战到日暮。日本人承认：“中国军队用步兵及骑兵实行包围式反攻，日军蒙受极大之损失，而不得不向后撤退（见国联调查团报告书嫩江桥之役）。”日军被迫向后撤退，由进攻转为就地防御，其后方勤务分队大部被我迂回的骑兵所歼灭。此战，中国军队伤亡200余人，日军死亡167人，伤600余人。当日夜，日军第29联队的1个大队前来增援，到达后立即发动进攻，但很快亦被马占山军所包围。本庄繁再急调第16联队的1个步兵大队和3个炮兵中队来援。

1931年11月6日晨，日军增援部队到达，在飞机轮番扫射、轰炸支援下发动猛攻，试图解救被围日军。当日，马占山亲自到阵地督战。双方伤亡均众。日军在马占山军的顽强抗击下，攻击受挫，进展困难。本庄繁当即又令第2师团多门二郎率在沈阳地区的第29联队、骑兵第2联队、野炮兵第2联队、临时野战重炮兵大队、工兵中队和混成第39旅团的1个大队急开江桥附近增援，对守军进行强攻并占领大兴主阵地。中国军队拼命冲杀，白刃格斗杀声震天，几次夺回失去的阵地。此日中国军队伤亡1850余人，毙日伪军2000余人，击落飞机1架。日军滨本支队几乎被全歼，高波骑兵队伤亡殆尽。由于士兵连战三日两夜，无援军替换，异常疲困；加之大兴阵地已被摧毁，马占山将军下令将主力撤至距大兴站18公里的三间房第二道阵地，以骑兵第1旅与步兵第1旅重新组织防御。

7日晨，大批日伪军在10架飞机掩护下，向三间房南汤池猛攻。马部张殿九旅和苏炳文旅1个混成团赶到反攻，战至午后将日伪军击退。此战中国军队伤300余人，毙伤日军600余人、伪军千余人。尤其值得称道的是，当敌机连续俯冲扫射、狂轰滥炸而我方完全没有高射炮火拦击的被动局面下，智勇双全的将士们竟表现出了惊人的聪明才智，“以20人为一组，仰卧地上，用步枪向上射击”，创造性地击落了敌机一架。事后检查其残骸“两翼有26个子弹洞”，是为中国对日作战史上所击落的第一架敌机。以此之故，在后来的战斗中，日本飞机再也“不敢低飞。”见日军损失惨重，本庄繁下令多门二郎停止前进，返回原驻地。

日军为掩盖自己失败的真相，散布苏联向黑龙江守军提供弹药的谣言，还以各种谎言遮掩日军损伤数目，唯恐日本国内反战势力占上风。马占山曾通电驳斥日军谣言。

日军在第一阶段作战中伤亡很大，为尽快打破僵局抓紧调兵遣将，极力准备再次进攻。同时通牒马占山进行施压，要求其立即下野、让出权力并撤出在齐齐哈尔的中国军队，遭到马占山的断然拒绝。关东军向日本陆军中央部提出速增派一个师团的兵力。本庄繁下令“第2师团全力向大兴方面集结”。至11日，日军在嫩江北岸有长谷旅团司令部、步兵第16联队、第4联队（欠第3中队）、第29联队第1大队（欠第3中队）、骑兵第2联队及配属的第28联队之第2中队，野炮兵第2联队’（欠第8中队），工兵第2中队。嫩江南岸有野战炮兵第26联队第3大队、临时野战重炮兵大队等，总兵力超过3万人。

针对日军的调兵遣将，1931年11月7日晚，马占山主持召开军事会议，研究应敌措施并确定调整部署，重新设置三道防线。第一道防线在汤池、乌诺头、新立屯一带，其前线阵地在后依里巴、前官地、后官地等地，由骑兵第1旅吴松林部两个团防守。14日后骑兵第2旅程志远部全部投入汤池等地战斗。第二道防线在英老坟、三间房、大兴屯、小兴屯、霍托气等地，是黑军正面防御的主阵地，由暂编第1旅苑崇谷部4个团、步兵第2旅吴德林团、步兵第3旅李青山团、骑兵第1旅王克镇团、朴炳珊炮兵团，还有工程兵等保障分队防守。14日后，步兵第1旅孙洪裕团和绥化保安大队2000人加入正面防御作战。第三道防线在朱家坎、富拉尔基、昂昂溪、榆树屯等地，由步兵第1旅张殿九部2个团、骑兵2旅全部和卫队团防守。总兵力1.3万余人。

三间房是洮南至昂昂溪铁路线上的一个车站，北距齐齐哈尔70里，南距嫩江桥60里，是中国军队保卫黑龙江省省会的重要防御阵地。日军要侵占黑龙江省必占三间房才能直达齐齐哈尔。因此，争夺三间房就成江桥之战第二阶段的焦点。

1931年11月12日上午，日军先头部队步骑兵500人向马占山部前沿阵地前官地、后官地、张花园进攻，守军吴松林部奋起抗击。战至13时，阵地被日军占领，守军600余人撤向第一线阵地。

1931年11月13日晨5时，日军500余人在两架飞机配合下，向新立屯进攻，遭到守军反击，战到10时，被守军击退。当日中午，被炸坏的嫩江桥修复，为日军大规模进攻提供了有利条件。中午，关东军司令本庄繁第三次下达增援令：“将第2师团剩余部队及混成第39旅团的步兵3个大队，及救护班派往大兴附近”，并令第2师团长多门中将一并指挥嫩江支队。日军大本营急增3个飞行队至黑龙江省，并把准备在大连登陆的第4混成旅团改在朝鲜釜山登陆，进快进抵黑龙江。下午，日军步骑兵3000余人在炮兵配合下向汤池、乌诺头、新立屯发动猛攻。守军奋起抵抗，战至午夜12时，日军占领乌诺头。

1931年11月14日晨日军在两架飞机和重炮掩护下向汤池阵地猛攻，被马占山部击退。10时许，日军2000余人在长谷指挥下，分步、骑两支部队，采用大包围的战术，从左、右两个方向攻击汤池，马军且战且退，激战至15日晨，日军攻至拴马。马占山早已令两个骑兵团悄悄包抄敌两翼，一声令下，正面卫队团首先冲入日军阵地，骑兵团从两翼呼啸而至，日军仓皇撤退。马占山部缴获炮2门、马70匹；毙日军300，俘获200，伪军伤亡及携械逃亡者2000余人。守军为增强防御力量将绥化保安大队2000人编为独立团，加入正面阵地。15日，本庄繁奉日本陆相南次郎命令，再次向马占山提出马军撤出中东铁路以南，该区由洮昴局管理，马不得妨碍等三项要求，被马占山拒绝。

1931年11月15日晨7时30分，日军第2师团司令多门中将率师团主力到达大兴前线。

1931年11月16日11时，在10架飞机和重炮、坦克支援下，日军步骑兵4000人，向新立屯、三家子等阵地发动猛攻。守军奋力抵抗，战至15时，将日军击退。双方伤亡惨重。17日10时10分，本庄繁接到陆军参谋总长关于“向齐齐哈尔以北推进。尽力以果敢行动使敌陷于溃灭”的指令，下令第2师团“一举攻占齐齐哈尔”。又令混成第39旅团除1个步兵中队和工兵中队外，“将其余部队调集大兴，人列于第2师团长指挥”。13时，多门师团长在后衣里巴列车内向日军各部队下达了向黑军全面进攻（重点进攻三间房）的命令。

1931年11月17日22时，得到补给增援的日军兵分三路，向马部阵地展开狂攻。右翼部队在天野指挥下，从乌诺头出发向新立屯一带左翼阵地进攻。守军吴松林旅虽连战数日疲惫不堪，但面对数倍强敌仍竭死抵抗，打退日军进攻十余此。战至日凌晨，守军战壕多被毁坏，各团、营阵地被切断数十处，难以扼守，遂退往大兴屯一带第二道阵地。17日22时40分，日军左翼部队在长谷指挥下，向汤池一带右翼阵地进攻。守军程志远旅与之殊死奋战。翌日2时，日军增加攻击力量，以坦克8辆、大炮30余门，肆恣猛击，守军难支，遂撤向三间房主阵地。

1931年11月18日凌晨3时，日军集结各部按预定部署进至待击地域。6时30分，飞机和炮兵先后向三间房一线阵地轰击1小时，守军以炮还击，彼此炮声隆隆，震撼整个朔北荒原。彼时日军重炮射程30公里，马军重炮射程15公里，吃亏不小。8时许，日军在坦克掩护下开始总攻。守军奋力抵抗，日军进攻受挫。9时20分，多门下令预备队增援，又发动疯狂进攻。战至10时，守军右翼部队虽浴血对抗，却难固守，便退至昴昴溪。10时30分，守军左翼阵地小兴屯失守，部队且战且退至红旗营子、榆树屯一带。此时，长谷指挥步、骑兵在飞机、坦克配合下向三间房主阵地进攻。守军苑崇谷旅及张殿九旅顽强抗击。

14时，日军第39混成旅团续到一个联队从三间房西侧三家子加入战斗。并与正面进攻的长谷旅团，全力夹击。15时后，日军又增加飞机12架、坦克12辆、大炮30余门，以猛烈炮火，将战壕全部摧毁。中国军队由于无增援而导致19日日军占领齐齐哈尔。

马军由于粮食仓储地被日机炸毁，守军“不得饮食，疲饿过甚”。空腹苦战的中国守军面对数倍之敌毫无惧色，与敌拼死肉搏，喊杀之声惊天动地，三间房一带的战事更是彻夜未停。尽管中国军同仇敌忾，个个“奋勇异常”。但连续鏖战，很多士兵几日未睡，粮食断绝，得不到任何增援。当时使用的弹药系黑龙江守军长期库存，很多因发霉而不能用。在侵略军源源不断地得到大量补充和增援的情况下，敌强我弱的局面日趋严重。加之阵地被毁，“实在无力支持”下去。18日下午，马占山将军不得不痛苦地下令撤出战斗。19日，日军5000余人侵占齐齐哈尔，江桥之战结束。

江桥抗战时，马占山孤军奋战，未获驻防锦州一带东北军的实力援助。张学良虽然电令马占山死守勿退，但张驻锦州部队毫“无战斗准备”。江桥战斗结束后，张学良受到社会舆论猛烈抨击。上海救国联合会说“黑省马军，孤军抗日，效忠疆场，张学良未能拨援”。市民联合会致电国民政府，指责“张学良坐视日寇侵略东北，辱国丧地，放弃职守”。全国学生抗日救国联合会亦电请政府“严惩张学良，克日出兵”。

在江桥抗战中，南京政府蒋介石多次发电对马占山奋勇抵抗行为予以嘉奖，并命令张学良迅速增援马占山。如1931年11月12日，蒋介石致电马占山：“此次日本借口修理江桥，忽复进寇黑省，我方采取自卫手段，其属正当。幸赖执事（指马占山）指挥若定，各将士奋勇效命，得以催败顽敌，保全疆土，虞电驰闻，何胜愤慨。执事等为党国洒耻（雪耻），为民族争存，振臂一呼，全华轰动，人心未死，公理难泯，莽莽前途，誓共努力。临风雪涕，不尽欲言。蒋中正。”再如1931年11月19日，蒋介石致马占山电：“巧电诵悉，悲愤填胸，莫可言宣。我军连日奋战，为国争光，威声远播，中外钦仰，至堪嘉慰。兹已急催张副司令派队援助矣。临电驰念，不胜依依。蒋中正。”

为激励马占山部的抗日士气，国民政府于1931年11月17日，正式任命黑龙江省代理省主席马占山为黑龙江省政府委员兼黑龙江省政府主席。

虽然在时任黑龙江省代主席马占山指挥下失败了，江桥抗战被评为中国军队有组织、有领导抗击日本帝国主义侵略者的第一枪，也被评为世界反法西斯战争的第一枪。

1931年11月12日，蒋介石致电马占山：“此次日本借口修理江桥，忽复进寇黑省，我方采取自卫手段，其属正当。幸赖执事（指马占山）指挥若定，各将士奋勇效命，得以催败顽敌，保全疆土，虞电驰闻，何胜愤慨。执事等为党国洒耻，为民族争存，振臂一呼，全华轰动，人心未死，公理难泯，莽莽前途，誓共努力。临风雪涕，不尽欲言。” 19日，蒋介石再次致电马占山：“巧电诵悉，悲愤填胸，莫可言宣。我军连日奋战，为国争光，威声远播，中外钦仰，至堪嘉慰。兹已急催张副司令派队援助矣。临电驰念，不胜依依。”遗憾的是马占山没有等来张学良的援助。为激励马占山部的抗日士气，国民政府于1931年11月17日，正式任命马占山为黑龙江省政府委员兼黑龙江省政府主席。

国内各大报均以大字标题报导江桥抗战，社会各界通过不同的方式慰问前线将士，由邹韬奋主办的《生活周刊》评论道：“这种保卫国土，宁死不屈的精神，实为中华民族前途生路之所系，使世界知道我国军人非尽无耻，为民族争回不少光荣。”上海福昌烟公司还专门生产了“马占山将军香烟”，其广告词就是，“愿人人都学马将军”。1931年11月17日《滨江时报》发表评论说：“黑龙江中国的军人在日军的横暴下，孤军奋战。嫩江河畔赤血，是中国血性男儿的瑰宝，黑龙江的中国军队，是真正的卫国勇士。九一八事变后，我们对中国军人不能不怀疑，究竟有多少可杀敌，我们在极度的失望下，我们在失辽、吉两省的50天后，发现黑龙江的马占山是足以当中国军人四个字而无愧。”各地群众自动组织慰问团、后援会，捐钱捐物，支持黑龙江抗战，众多青年学生投笔从戎，加入抗日义勇军。

江桥抗战，不仅国民党政府给予充分肯定，而且共产党方面也同样肯定了马占山将军和江桥抗战的历史地位。如1945年抗战胜利前夕，毛泽东在中国共产党七大政治报告中明确指出：“这个战争（指抗日战争）还是在1931年就开始了。”

马占山，字秀芳，陆军上将。出身于绿林