为防止日军乘机举动，奉天当局决定对张作霖的死密不发丧，发表通电称：主座“身受微伤，精神尚好”，“省城安谧如常”。大帅府邸依然灯火辉煌，烟霞阵阵。杜医官每日仍按时到府上班，填写病案。厨房每日三餐仍按时送饭进去。家人一律不啼哭，不戴孝。日方天天派人“慰问求见”，都被“婉谢绝”。主持家政的五夫人浓妆艳抹，与前来窥探虚实的日本太太们从容周旋。同时，奉天当局下令全城戒严以稳定局势。由于日军不知道张作霖是否毙命，未敢贸然行动。直至张学良潜回沈阳，才于6月21日公布张作霖死讯。

身在兰州的张学良得知关东军已开始秘密调动，打算浑水摸鱼，趁乱占领沈阳。为防不测，他化装成一个伙夫，跟随部队秘密赶回了当时称为“奉天”的沈阳。回到沈阳后，张学良才得知父亲的死讯。为保国家大业，张学良强忍悲痛，模仿父亲的笔迹签发命令。等到把一切相关事宜都安排好了，东北地方政府才对外宣布张作霖的死讯。从此以后，为了怀念死去的父亲，铭记杀父之仇，张作霖的忌日便成了张学良的“生日”。

关东军谋杀张作霖后，当时的日本首相田中义一很失望。关东军既然杀死了张作霖，等于逼迫整个奉系反日，因此除了强占东北外，已无他路可走。这件公案在日本政府中引起了极大的争论，前后拖了一年多，却屈于少壮军人的恐吓，最后以“张案经过周密的调查，发现关东军并未牵涉在内”的含糊语句结案。政府对军队控制的失败，反而使日本在军国主义道路上越走越远。

张学良主政东北之初，日本人并没有把张学良放在眼里。当时，担任张学良军事顾问的日本特务头子土肥原贤二起草了一份计划，想让张学良在东北称帝，担当日本人统治东北的傀儡。出乎土肥原意料的是，当他把这份精心策划的文件送到张学良面前时，张学良当面质问他：“你让我当什么满洲皇帝，你这是什么意思！”碰了一鼻子灰的土肥原说不出一句话，只好夹起皮包，悻悻而去。随后，张学良要求日军参谋本部将土肥原调走，得到的回答却是：“这个顾问是日本政府派来的，我们没权调动。”心头满是怒火的张学良将军对来人说：“好，你们没权，我没法子。那么我有这个权吧———我不见土肥原！我不跟他谈话！以后土肥原顾问来，我任何时候都不见。”

1928年12月29日，张学良宣布东北易帜，服从国民政府领导。国民政府在形式上完成了统一。当时，在东北有不少日本间谍，但事先对此事却毫无察觉。

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