Когда в 1931 году после «инцидента 18 сентября» японская армия вторглась в Маньчжурию, то Чжан Сюэлян, подчиняясь приказам Чан Кайши, увёл Северо-Восточную армию внутрь Великой стены; лишь Ма Чжаньшань в Хэйлунцзяне не подчинился приказу и организовал сопротивление японцам. В 1933 году группировка Сун Чжэюаня приняла участие в обороне Великой Стены. В 1934 году 160 тысяч человек Северо-Восточной армии были передислоцированы в провинции Шэньси и Ганьсу, где по приказу Чан Кайши приняли участие в блокаде «особого района», контролировавшегося китайскими коммунистами. Не желая участвовать в гражданской войне в то время, как страна подвергается внешней агрессии, Чжан Сюэлян совместно с командующим Северо-Западной армией Ян Хучэном 12 декабря 1936 года арестовали Чан Кайши. После переговоров Чан Кайши был освобождён, однако полетевший с ним в Нанкин Чжан Сюэлян был там арестован.