紧接着，在9月21日午后，烟台港汽笛长鸣，东北海军主力在沈鸿烈、凌霄、谢刚哲率领下悉数入港，刘珍年专程登港迎接。烟台、青岛、龙口，威海四港泊位充足、补给完备，足以容纳这支当时中国地方最强海军。此次南下舰艇14艘。
首先是东北海军最主力的三艘军舰，海圻号，海琛号，肇和号。
1.海圻号巡洋舰：4300吨，2门203mm主炮、10门120mm副炮，航速24.2节；1899年英制，舰龄32年，火力仍强、舰体老旧，为中国当时最大巡洋舰。
2.海琛号巡洋舰：2950吨，3门150mm主炮、8门105mm副炮；1898年德制，舰龄33年，舰体老化、火力中等。
3.肇和号轻巡洋舰：2600吨，2门150mm主炮、4门100mm副炮，航速20节；1913年英制，舰龄18年，动力较新、火力均衡，属当时国内较先进轻巡。
除了这三艘主力巡洋舰外，还有一些其他军舰。
4.镇海号水上飞机母舰：2708吨，2门120mm主炮、4门75mm副炮，载2架水上侦察机；商船改装，航速12节，舰体落后、具备雏形航空能力，国内独有。
5.同安号驱逐舰：390吨，2门75mm炮、4门47mm炮、2具450mm鱼雷管；1913年德制，舰龄18年，机动灵活、火力偏弱。
6.永翔/楚豫/江利炮舰：750-780吨，2门102-120mm主炮、47mm副炮；清末建造，舰龄超30年，近海巡逻可用、远海战力不足。
7.海鹤/海鸥等6艘炮艇：150-250吨，37-47mm小炮，近岸警戒、无海战能力。
这14艘军舰加起来吨位约一万六千吨，虽然和美日英等海军大国相比，还非常弱小，但是在国内，已经是远超中央海军和广东海军的最强一支了。
刘珍年与沈鸿烈等人会晤，承诺油料、弹药、粮饷由胶东全权供给，暂驻候命。
就在刘珍年在胶东妥善安置东北撤离人员、清点战略物资之际，东北大地正以惊人速度沦陷，日寇侵略气焰嚣张至极，消息传回关内，举国震惊悲愤。
9月19日凌晨，日军在占领沈阳全城后，兵分多路，以机械化部队快速推进：
9月19日当天，日军未遇有效抵抗，先后占领营口、田庄台、盖平、海城、辽阳、鞍山、铁岭、开原、昌图等辽南、辽北重镇，辽宁境内主要城市尽数落入敌手，东北军留守部队大多遵从不抵抗命令，未做大规模反击，仅少数官兵自发抵抗，很快被日军击溃。
9月20日，日军继续北上，占领四平、公主岭、抚顺，抚顺煤矿、鞍山钢铁厂等战略资源尽数被日寇掠夺，东北军辽宁驻军或溃散、或撤退至关内，辽宁全境基本沦陷。
9月21日，日军主力直指吉林，吉林省主西兼东北边防军副司令长官熙洽，为复辟满清，竟下令全省驻军放弃抵抗，开门迎降，日军兵不血刃占领长春、吉林，熙洽公开投敌，组建伪吉林治安维持会，成为东北首位公开投敌的省级高官。
9月22日之后，日军继续向吉北、黑龙江推进，洮辽镇守使张海鹏率部投降日寇，接受日军武器补给，充当侵略先锋，吉黑两省大片国土迅速沦陷，东北军在关外的指挥体系彻底崩溃。
短短一周时间，辽宁、吉林两省几乎全境陷落，日军仅付出轻微伤亡，便占领东北最富庶、工业最发达的核心区域，东三省兵工厂、沈阳军械库、北大营军火储备尽数落入日军之手，成为其后续侵略的资本。