日军可没有这么好的耐心。1月2日上午10时50分（一说9时），日军中尉儿玉利雄见谈判仍无结果，急不可耐地指挥部下架起长梯强行登城。城上的中国士兵奉有不得先开火的命令，只好用石头向下砸，这时有日军士兵向城上投掷手榴弹，守军将手榴弹掷回，一下将儿玉中尉炸死，并炸伤士兵两人。日军架设在民房之上的机枪、迫击炮当即开火，城上守军也放枪还击，双方爆发武力冲突，后世将由此而开始的事件称为“榆关事变”或“山海关事变”。
事后，日本方面始终坚持是中国抗日义勇军袭击了日军营地和派出所。时任伪满山海关国境警备队副队长兼山海关警察派遣队队长的日本人柏叶勇一（1890年生，广岛县人，后任伪满抚顺市警察局长）回忆道，1933年1月1日，在中午日本人小学校举行的新年庆祝会上，山海关守备队长落合甚九郎发言称：“山海关因为是国境，所以随时可能发生某种事变，甚至现在就会发生。”会后不久，守备队就通知附近日侨撤入兵营。柏叶与他的副手一致回忆，当晚的爆炸是山海关警察派遣队的分队长国弘亮二带领特务员佐佐木源九郎、长泽长一和阿部陆雄所为，使用的是国弘私留的奉天兵工厂所生产的木柄手榴弹，因为这种手榴弹东北军也有装备，可以用来制造事端、推脱责任。
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