月3日，命张学良留守北京，当夜带着吴俊升等乘专车离开北京，同时下达总退却命令。6月4日五时三十分，张作霖乘坐的专车行至沈阳附近的皇姑屯时，被日军埋设的炸药炸毁。吴俊升当场被炸死。张作霖受重伤，被急救回帅府，于上午九时三十分死去。这就是震动中外的皇姑屯事件。

皇姑屯事件发生时，张学良正与南京政府的代表在北京举行和平谈判，接到奉天督署“立即返奉”的电报后，即化装乘车驰返沈阳。6月19日，在奉军元老的推戴下，张学良出任奉天军务督办。7月4日，张学良出任东三省保安司令，兼东三省巡阅使，年仅二十七岁的陆军上将张学良，从此开始主政东北，人称“少帅”。

张作霖被炸死后，奉军全线向东北撤退，集结于滦河以东，东北局势一片混乱。自张学良回东北以后，东北局势初步得到稳定。但东北地区何去何从，则是摆在张学良面前的一件必须立即解决的大事。张学良鉴于皇姑屯事件的教训，国耻家仇集于一身，他决定不顾日本的军事、政治、经济的压力，通电宣布与南京方面停止军事行动，谋求国家统一。