1930年中原大战后，东北军成为中央军以外最强大的军事集团。1931年5月，张学良根据国民政府陆军编制将东北军改编，取消军和师的编制，以旅为平时最大编制，部队分国防军和省防军。国防军每旅辖3个步兵团，及炮兵、骑兵、通讯兵各1个连，相当于国民党中央军的一个师；省防军辖2个团。共有国防军步兵25个独立旅另一师（3个旅），骑兵6个独立旅另一师（相当旅），炮兵3个独立旅；省防军步兵3个旅，骑兵2个旅。另有空军5个航空队、飞机260架；海军2个海防舰队、1个江防舰队，共有大小舰船20多艘，总吨位约3.22万吨，海军陆战队3个大队，总兵力约30万人（亦有26万人之说）。
（一）东北边防军司令长官公署（驻沈阳）
司令长官 张学良，1901年生，辽宁人，毕业于东北陆军讲武堂，张作霖长子，奉军陆大派精神领袖，皇姑屯事件后受张作相推举，成为奉系军阀（东北军）第二代领导人。
驻吉副司令长官（驻永吉） 张作相，1881年生，辽宁人，绿林出身，张作霖盟兄弟及心腹将领，奉军旧派代表人物之一，在奉军中有极高的声誉，皇姑屯事件后力保张学良主政东北。
驻江副司令长官（驻龙江） 万福麟，1880年生，吉林人，绿林出身，吴俊升旧部，皇姑屯事件后继任黑龙江军务督办，为张学良统治前期重要军事助手。
（二）国防军独立步兵旅
独立第七旅旅长 王以哲，1896年生，黑龙江人，毕业于保定陆军军官学校，张学良亲信，杨常事件及西安事变主要参与者之一。
独立第八旅旅长 丁喜春
独立第九旅旅长 何柱国，1897年生，广西人，先后毕业于保定陆军军官学校、日本陆军士官学校。
独立第十旅旅长 刘翼飞，1893年生，辽宁人，毕业于保定陆军军官学校，与于珍关系密切。
独立第十一旅（调关内）旅长 董英斌，1894年生，辽宁人，毕业于保定陆军军官学校。
独立第十二旅旅长 张廷枢，1903年生，辽宁人，毕业于东北陆军讲武学堂，张作相之子。
独立第十三旅（调关内）旅长 李振唐，1892年生，辽宁人，毕业于保定陆军军官学校。
独立第十四旅（调关内）旅长 陈贯群，1885年生，河南人，肄业于日本陆军士官学校，与蒋介石为留日时期同学。
独立第十五旅（调关内）旅长 姚东藩，1896年生，辽宁人，毕业于保定陆军军官学校。
独立第十六旅（调关内）旅长 缪澄流，1901年生，辽宁人，毕业于东北陆军讲武堂。
独立第十七旅（调关内）旅长 黄师岳，1890年生，安徽人，先后毕业于保定陆军军官学校、陆军大学。
独立第十八旅（调关内）旅长 杜继武，1898年生，北京人，毕业于保定陆军军官学校。
独立第十九旅（调关内）旅长 孙德荃，辽宁人。
独立第二十旅（调关内）旅长 常经武，1900年生，河北人，毕业于东北陆军讲武堂。
独立第二十一旅旅长 赵芷香，1880年生，辽宁人，绿林出身，奉军旧派，深得张作霖青睐。
独立第二十二旅旅长 苏德臣
独立第二十三旅旅长 李桂林，1874年生，辽宁人，行伍出身，奉军旧派。
独立第二十四旅旅长 李杜，1880年生，辽宁人，毕业于东北陆军讲武堂。
独立第二十五旅（调关内）旅长 张作舟
独立第二十六旅旅长 邢占清，辽宁人，行伍出身，张作相旧部，深得张器重。
独立第二十七旅旅长 吉兴，1879年生，满族，辽宁人，毕业于日本陆军士官学校。
独立第二十八旅旅长 丁超，1884年生，辽宁人，毕业于日本陆军士官学校，原奉军士官派骨干。
独立第二十九旅（调关内）旅长 王永盛，万福麟内兄。
独立第三十旅（调关内）旅长 于兆麟，1893年生，辽宁人，毕业于东北陆军讲武堂。
独立第三十一旅旅长 富春
第三十六师师长 汤玉麟（兼），1871年生，辽宁人，绿林出身，张作霖盟兄弟，奉军旧派代表人物之一，在郭松龄倒奉事件后出任热河都统，镇守奉系西北大门。
第一〇六旅旅长 张从云
第一〇七旅旅长 董福亭
第一〇八旅旅长 刘延春
（三）国防军独立骑兵旅
独立骑兵第三旅旅长 张树森，1896年生，辽宁人，毕业于东北陆军讲武堂。
独立骑兵第四旅旅长 郭希鹏，1890年生，辽宁人，先后毕业于东北陆军讲武堂、日本千叶骑兵学校、陆军大学将官班。
独立骑兵第五旅（调关内）旅长 李福和，1879年生，河北人，绿林出身。
独立骑兵第六旅（调关内）旅长 白凤翔，1897年生，河北人，绿林出身。西安事变时任一线总指挥，并成功活捉蒋介石。
独立骑兵第七旅旅长 常尧臣
独立骑兵第八旅旅长 程志远，1878年生，山东人，行伍出身，马占山旧部。
陆军骑兵第一师师长 张诚德，1880年生，察哈尔人（今河北），原为晋军将领。
（四）国防军独立炮兵旅
独立炮兵第六旅（调关内）旅长 王和华，1904年生，河北人（今天津），毕业于日本陆军士官学校。
独立炮兵第七旅（调关内）旅长 乔方
独立炮兵第八旅旅长 刘翰东，1894年生，辽宁人，先后毕业于东北陆军讲武堂、日本陆军炮兵专门学校。
（五）省防军
黑龙江陆军第一旅（驻扎兰屯）旅长 张殿九，1882年生，热河人（今辽宁），行伍出身，后入东北讲武堂学习，吴俊升旧部。
黑龙江陆军第二旅（驻海拉尔）旅长 苏炳文，1892年生，辽宁人，毕业于保定陆军军官学校，模范团出身，后受郭松龄邀请加入奉系。
黑龙江陆军第三旅（驻黑河）旅长 马占山，1885年生，吉林人，绿林出身，吴俊升旧部，九一八事变爆发后代理黑龙江省政府主席，率部与日军血战，打响中国人民抵抗日本侵略的第一枪。
热河骑兵第九旅（驻开鲁）旅长 崔兴武，1885年生，满族，辽宁人，毅军出身，汤玉麟部将。
热河骑兵第十旅（驻赤峰）旅长 石文华，毅军出身，汤玉麟部将。
（六）宪兵
东北宪兵司令部（驻沈阳）司令 陈兴亚，1882年生，辽宁人，毕业于日本振武学校陆军宪兵练习所士官班，京师宪兵营出身，杀害李大钊的凶手之一。
副司令邵文凯（驻北平），1890年生，辽宁人，毕业于东北陆军讲武堂。
副司令李润（驻山西）
（七）海军
东北海军司令部司令 张学良（兼）
副司令沈鸿烈（驻青岛），1882年生，湖北人，毕业于日本海军学校， 东北系（青岛系）海军首脑，其受张作霖、张学良命筹划整顿东北海军，使东北海军足与闽系海军并列，被称为海军“能将”。
东北海军第一舰队队长凌霄，1884年生，浙江人，先后毕业于浙江陆军武备学堂、日本东京商船学校、日本海军炮术学校、日本海军大学。
东北海军第二舰队队长 袁方乔，1891年生，山东人，毕业于烟台海军学堂。
江防舰队队长 谢刚哲，1885年生，四川人，先后毕业于日本东京商船学校、横须贺海军枪炮鱼雷学校。
（八）空军
东北航空司令部司令 张学良（兼）
副司令张焕相（代），1880年生，辽宁人，毕业于日本陆军士官学校。
副司令徐世英（驻沈阳）
（九）镇守使
东边镇守使（驻山城镇）于芷山，1882年生，辽宁人，绿林出身，后入东北讲武堂学习。
洮辽镇守使（驻洮南）张海鹏，1867年生，辽宁人，绿林出身，冯德麟旧部。
滨江镇守使（驻住哈尔滨）丁超（兼）
延吉镇守使（驻延吉）吉兴（兼）
绥宁镇守使（驻宁安）赵芷香（兼）
吉长镇守使（驻长春）李桂林（兼）
依兰镇守使（驻依兰）李杜（兼）
黑河警备司令（驻黑河）马占山（兼）
哈满警备司令（驻扎兰屯）张殿九（兼）
呼伦贝尔警备司令（驻海拉尔）苏炳文（兼）
临绥驻军司令部（驻山海关）司令 于学忠，1890年生，山东人，毕业于武卫左军速成随营学堂，吴佩孚直军出身，其在吴失势后转投奉系，为张学良心腹及重要军事助手。
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