39年起，石井开始被派至中国各日军佔领区、成立各派遣军的防疫给水部队支部，以扩大细菌战的规模，并于同年9月7日启用「东乡部队」一名作为石井部队的匿名。1940年8月22日，「石井部队」对外正式启用「关东军防疫给水部」名称，同年12月2日又在牡丹江、林口、孙吴和海拉尔成立了支部。1941年3月，石井晋升为军医少将。1941年6月，德国入侵苏联，「关东军」为隐匿对苏联发动细菌战的企图，变更了「石井部队」的番号，将「石井部队」平房本部改名为「满洲第731部队」。在部队管理上，石井利用「731部队」极为丰厚的经