清朝入關之後，作為龍興之地的盛京，一直保存著獨特的威嚴。
瀋陽故宮作為皇家宮殿不斷增建，成為陪都的絕對精神象徵，除此之外，還有了管轄整個東北的職務機構——東三省總督府。
在盛京城內，東三省總督府曾經是僅次於故宮的建築。東三省總督府位於瀋陽故宮和大帥府中間，三個建築一同組成了瀋陽歷史最豐富的中軸線，更是從清代走向民國的歷史見證。這一建築群始建於清朝初期，清朝入關後成為清留都府；乾隆十二年(1747)變為盛京將軍府，為當時東北地區最高軍政機關；1907年，盛京將軍衙門被裁撤，設東三省總督，正式設行省，建立東三省總督府。
自1907年開始，先後有三任東三省總督在此辦公。1914年，改稱鎮安上將軍行署。此後，任盛武將軍、奉天督軍的張作霖，任奉天軍務督辦、東三省保安司令的張學良，也都在此辦理過公務。
張作霖在此辦公時還上演過一段同馮德麟一起驅逐段芝貴的“雙簧”。
袁世凱是當時北洋軍閥的領袖，為監視地方，他親自委派奉天將軍。上一任奉天督軍張錫鑾調走後，袁世凱又派來了心腹段芝貴。這讓“坐地戶”張作霖和馮德麟都十分不快，奉天將軍這個肥缺怎豈讓這個外人霸佔？
於是二人趁著袁世凱在1916年取消帝制時，決定聯手驅逐段芝貴。馮德麟的28師演黑臉，和段芝貴作正面衝突，張作霖的27師演白臉，讓其逃走。
張作霖佈置軍隊於某夜開槍，然後假裝到段芝貴處報告，說馮德麟要率28師部隊進城，懲辦帝制禍首段芝貴，並表示自己無法制止，勸其藉機避一避。段芝貴聽後十分緊張，並十分贊同張作霖的想法，於是登上專列逃往天津。
按照計劃，28師的一個團在溝幫子車站攔截了該列火車。團長邱恩榮上車，以奉天軍民的名義，交電報兩封，內稱：“卸任上將軍段芝貴為帝制禍首，奉天人民正擬處以應得刑罰，竟敢手攜省官款二百萬之巨並軍火大宗，聞風畏罪潛逃，奉天人民無不髮指痛恨，電請汲旅長派兵就近截留押赴奉天，依法處理。”
於是段芝貴下令把官款和軍火卸下，堆在站臺上。護送的孫旅長經過協商，報告為：“奉天各界人情洶洶，一定要截留專車押回奉天，經張代督(張作霖)婉商多時，才答應不扣專車，但官款和軍火務須點清留下，並電請中央查辦。”段芝貴連忙點頭認可，將已經卸到站臺上的200萬官款和軍火，交由邱團長清點帶回。
張作霖達到目的，見好就收，段芝貴即被放行，避居租界。段芝貴受此重創，還矇在鼓裡，一直以為是馮德麟和他作對。到京覆命時，自然向袁世凱說了很多馮德麟的壞話，但對張作霖卻印象頗佳，以為是張作霖救了他一命，袁世凱在選任新的將軍時徵求了段芝貴的意見，任命了張作霖。就這樣，張作霖經過幾年的權謀角鬥，最終登上了奉天省督軍的寶座，成為奉天省軍政的最高統治者。
張作霖在這裡，掌控奉天執政東北。在張氏父子統治東北期間，東三省總督府舊址是除張氏帥府以外，張學良最主要的辦公地點。偽“滿洲國”時期，這裡改為奉天省公署，統辦東三省的政務。解放後，東三省總督府舊址交由遼寧省紡織研究所(現紡織工業非織造布技術開發中心)使用。
史料記載，東三省總督府整個建築坐北朝南，在東、西兩端的大道上，豎立著“東轅門”和“西轅門”兩座雄偉壯觀的牌樓，總督府的東西兩側建有高大的青磚圍牆，正門上有高大的門臉，下面為大半圓形的大月亮門，門臉的二層和三層牆上有磚簷，磚簷上有精美的雕刻，三層磚簷門臉上形如雲朵，和門臉下月亮門構成彩雲拱月的建築畫面。
最初的東三省總督府為三進院，有主院和東西兩座跨院，其中有門房、辦公房、會客廳、書房、居室、家屬院、車庫、花園等。後面的跨院，在民國年間曾做過張作霖馬隊的兵營和機槍衛隊的營房。大門兩側有衛兵值守的木製崗亭。穿過月亮門，迎面有影壁牆遮住視線。院內建築為磚木結構，有迴廊的二層坡瓦頂的歐式樓房，東西兩側有廂樓，磨磚對縫，前出廊簷後出廈。整個建築呈“凹”形，門前有對獅和上下馬石。
主樓建築面積為2672平方米，分為上下兩層，主樓前有800餘平方米的院落，樓體外部文飾豪華，所用材料考究，外部為青磚牆體，附以雕飾旋臉門窗，人字架木結構，房頂為深紅彩鋼瓦，構成一處典型的歐式(一說是西班牙風格建築)建築。建築內部為中間大廳、四周佈設房間。大廳內8米長的大梁至少是直徑1.2米的原木修整而成。但現在，主樓的前後建築已不復存在，只有中間主樓正面兩側的耳房還在，至於跨院更是消失得無影無蹤。
2004年，東三省總督府被列入“瀋陽市第一批不可移動文物名錄”。
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