石井於日本在中國東北建立的傀儡政權——「滿洲國」境內設置「731部隊」之基地，進行研究和製造細菌武器、對大量抓獲的中國軍民進行人體實驗與活體解剖，至少有3000名俘虜被「731部隊」以各種實驗方式殺害，石井也在戰間期和第二次世界大戰期間於各地策劃了多次細菌戰攻擊行動，如滿蒙邊界的諾門罕、中國戰場上的常德、浙赣和美國西岸等等。