一般來說在九一八事件發生時，東北軍的數量大概有二十萬左右，是歷史上的多數說。那有些史書上稱九一八前夕東北軍總數有將近三十餘萬，其實多半是計入西北軍之誤。因為在中原大戰後，名義上西北軍歸張學良所收編，其中晉軍十萬、馮軍三萬，與張學良原本擁有的二十萬東北軍相加總和為三十三萬。其實在1931 年時，西北軍雖然名義上劃歸張學良所指揮，但是實際上張學良在當時對於西北軍亦沒有十足的統御能力。因此多數說一直還是以張學良手下的正宗東北軍為二十萬來計算。而二十萬的半數隨張學良入駐關內。
至於關東軍方面，人數較少，當時的關東軍司令部下轄的主要部隊，除了一個完整的輪調師團外，另外就是負責南滿鐵路與其附屬重要設施安全的獨立守備隊。此外還有少量直屬於關東軍司令部的憲兵隊與旅順方面重炮兵部隊。而當時輪調到東北的，就是在日本擴張戰史中幾乎無役不與的第二師團。稍熟二戰日軍的人都會知道，日軍的主要精銳就在大幅徵兵前的常備師團，簡而言之就是師團編號在20 以下的師團，都是日軍當中兵強馬壯的甲種師團，其戰力遠非後來後備役師團或治安師團可及。第二師團又稱勇部隊，編成於仙台地區，故也稱仙台師團。在1895 年日軍接收臺灣之役，乃木希典大將就是帶著第二師團從南部登陸臺灣，可見該部隊歷史之久。依照1931 年11 月關東軍參謀本部的資料，當時在年初輪調到東北的第二師團共有10500 人，較完整的師團編制少，可以推知當時可能有炮兵部隊、後勤支援或文書單位仍然留在日本本土。
另外的南滿鐵路獨立守備隊，下轄6 個步兵大隊，以二戰日軍標準編制的一個大隊為1091 人來計算，南滿鐵路獨立守備隊最少有6546 人，加上守備隊的指揮司令部、司令部直屬部隊與配屬炮兵，概算7000 人算是極為保守的估計。當時關東軍轄下兩大主力，第二師團與獨立守備隊兩者相加，就有17500 人的兵力。再加上直屬於關東軍司令部的憲兵隊、關東軍司令部的直屬勤務部隊、旅順要塞守備隊與司令部直屬重炮兵，概算當時關東軍可動員兵力為二萬人亦為合理估計。也因此就當時東北戰場中，雙方立即可用的兵力大約是1:5 。也就是二萬日軍對十萬東北軍。在當時與後來的中日十五年戰爭中，五倍於日軍兵力的中國部隊仍然收拾不下一個日軍師團是常見的事，甚至還被打到潰敗的就不勝枚舉。這與當時軍閥的部隊普遍缺乏足夠訓練，軍官素質差，缺乏重武器與空中支援有非常重要的關係。而日軍精銳師團的高層幕僚都久經歷練，中下層軍官更多數都是陸軍士官學校畢業的職業軍人，兩者的素質可說是有云泥之別。那就更別談重武器與空中支援了。
同時在談東北戰場之時，實在不能忘了的是，當時朝鮮半島亦為日本的殖民地。在關東軍於9 月18 日發動突擊的隔日早晨，駐紮在一江之隔的混成第39 旅團已經搭上火車增援東北戰場的關東軍，空中並同時增援了二個戰機中隊。以第39 混成旅團在事件的隔天早晨，連新聞報紙都還沒有能掌握到確切的消息進行報導之前，就已經能迅速地將所有重裝備上鐵皮，整裝待發地登上火車，可以說這絕對在關東軍司令部事前的規劃之中。同時一樣駐屯在朝鮮半島的第20 師團司令部與主力部隊、第38 混成旅團亦早就準備開拔，只是因為東北戰事順利，沒有讓關東軍立即投入這批戰略預備隊。相對於關東軍本身就兵強馬壯，更有朝鮮半島上的駐屯精銳師團當後盾，就算張學良將在關內的剩下十萬部隊全數再投入東北戰場，恐怕亦無力迴天。因為如果沒有能在短時間內就完全擊潰關東軍的主力，那膠著的東北戰場只會讓關東軍快速地投入手上的所有戰略預備隊。當時除了準備從朝鮮半島調入的第20 師團、第38 混成旅團外( 後來同年12 月才到) ，亦規劃了由日本本島調入第4 混成旅團( 後來同年11 月才到)、第8 混成旅團( 後來同年12 月才到) 與重轟炸機部隊。
在短短的時間內，到隔年1932 年5 月，關東軍已經膨脹到了十萬人之多。而這些部隊可以說早就在關東軍的戰略規劃中，只是因為東北軍的不抵抗策略，讓戰事出奇的順利，原本規劃的增援部隊除了混成第39 旅團比較苦命，因為駐地就真的只在中朝邊界的另一邊，被預定於戰事一爆發就馬上開拔進入東北外。其它的這些部隊都在後來才慢慢逐一增援。但是有十足的證據證明這些增援部隊在當時早就在關東軍的作戰計劃中，只是戰事的出奇順利讓關東軍沒有立即投入這批部隊。
也因此，沒有南京政府支援的張學良與二十萬東北軍，在純軍事的角度上有任何的勝算可言。
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