張學良將軍在執掌東北政權後，深感俄羅斯和日本兩國對中國東北地區的強勢滲透，這種局面讓他深感危機重重。為了扭轉局勢，剛把團隊搭建好的張學良，決定測試一下自己的上限，他選的對手並不是有殺父之仇的日本，而是選擇了去和蘇聯碰一碰，收回中東鐵路的權益。他分析此時蘇聯方面內亂不斷，而南京政府也意圖透過此舉推行反蘇反共的政策，天時、地利都在自己手裡。在這種複雜的政治背景下，東北政府內部也對蘇聯採取強硬立場達成了共識。
於是，張學良將軍召集了東北軍的部分高階將領共同商議，決定於1929年5月，向蘇聯駐哈爾濱領事發出外交召會的同時，對中東鐵路沿線的各個站點發起進攻。這一行動迅速展開，東北軍果斷出手派出部隊佔領車站和重要節點，逮捕俄國僱員以及中東鐵路的員工。與此同時，一些被懷疑為俄國間諜的中國工人也遭到了拘留。
蘇聯方面對此反應強烈。他們認為這是對其在中國東北地區的權益和影響力的嚴重侵犯，決不能坐視不管。於是，蘇聯決定採取武力手段來解決這一問題，蘇軍沿鐵路線向東一路平推。在扎賚諾爾和海拉爾兩地重創東北軍。
在扎賚諾爾戰役中，蘇聯遠東集團軍司令官布留赫爾親自指揮，以一個師以上的兵力，配備了大炮60門、飛機20餘架，以及坦克、裝甲汽車等現代化武器，對扎賚諾爾發動了猛烈進攻。東北軍與蘇軍激戰了整整兩晝夜，最終因傷亡慘重而失利；海拉爾戰役是這場衝突中的最後一場重要戰役。海拉爾位於扎賚諾爾以東的中東鐵路線上，是內蒙古北部一個具有重要戰略意義的城市。蘇軍組建了由裝甲列車和搭乘軍列、汽車的步兵構成的快速叢集，對海拉爾發動了突襲。最終，1929年在11月25日，蘇軍佔領了海拉爾，標誌著這場衝突告一段落。
中東鐵路衝突從1929年7月開始一直持續到11月結束，期間雙方進行了數十次大小戰鬥。這些戰鬥不僅給雙方都帶來了巨大的傷害和損失，也加劇了東北政府與蘇聯之間的緊張關係。對於東北地方政府來說，這場衝突更是暴露了其在處理涉外事務上的稚嫩和不成熟，以及部隊戰鬥力的不足的巨大問題，這場衝突也為後來的九一八事變埋下了伏筆。
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