定和国家地位的确立，满洲国遂定都长春。1932年3月1日，满洲国成立，之后沈阳市名称再次改为奉天市，并成立奉天市公署。1932年11月，奉天市公署成立都市计划委员会，实施“大奉天都邑计划”，规划并建设公路与广场。满洲国政府当时将沈阳以日本大坂为原型，在铁西区等地进行大规模的工业规划建设。1942年，日军设立奉天俘虏收容所以收押来自美国、英国、澳大利亚、荷兰、加拿大、新西兰、新加坡等盟军战俘。满洲国时期，沈阳教育、科技及工业得到快速发展，大量工业装备从日本运往沈阳。
第二次国共内战时期