九一八事变日本占领辽宁、吉林后，又迫不及待地图谋侵占黑龙江。黑龙江省省长兼东北边防副司令万福麟正随张学良在北平，黑龙江一时群龙无首，形势非常危急。此时，马占山受命代理黑龙江省主席兼军事总指挥。面对“主和”、“投降”之风，马占山力排众议，主张坚决抵抗日军侵略。他说：我守土保民有责，决不能坐视人民涂炭，土地沦陷，如果打不过人家，虽丧土失地，尚可保全我中华民族之人格，我才可以对得起民众，对得起国家。
黑龙江军民在马占山率领下积极备战。日本驻齐齐哈尔领事拜会马占山，先以洮昂铁路交通受阻，“满铁”将派工兵前往修理，后以奉日本关东军司令官本庄繁之命为由，让其将黑龙江政权和平让给张海鹏。这些无理要求均遭马占山严词拒绝。他说：“马占山决不能出卖黑龙江，你回去告诉本庄繁，他如想得到黑龙江，可拿血来换，不要看不起中国人，拿钱来诱惑我。”
嫩江桥位于洮昂铁路中段，是通往黑龙江省会齐齐哈尔的咽喉，日军欲侵占黑龙江，必先夺取嫩江桥。11月4日，由滨本大佐指挥的日军嫩江支队的三个大队和南满铁道守备队一部，在飞机和重炮的掩护下，向嫩江桥阵地守军发动进攻的日军以500名步兵为先头部队进攻嫩江桥左翼高地，意在牵制左翼守军部队兵力;继之，便以主力部队向江桥正面的大兴一线主阵地发起猛攻，并占领了江桥。
埋伏在江桥北侧的马占山部队官兵，见敌人进入有效射程内，立即以猛烈炮火射向敌群。敌人遭此意外打击后，锐气受挫，队形大乱。马占山部队的官兵们跃出战壕，冲向敌群，与敌人展开白刃战。这时，敌人的飞机、大炮、铁甲车均失去作用。激战多时，日军溃不成军，掉头向江南逃窜。预先埋伏在江岸芦苇丛中的官兵猛起阻截。在马占山部队守军的前后夹击下，日军伤亡惨重。此时敌人援兵一部赶到。马占山部队守军未等敌人援军站稳脚跟，就用骑兵发起攻击。只见敌群血肉横飞，遗遍野。冲出伏击圈的日军也未能逃脱覆灭的命运，有的深陷沼泽不能自拔，有的跳人江中活活淹死，血战直到晚8时。当时报载：“江北无敌踪，惟见血肉模糊，遗尸400余具。”
6日，日军投入步兵4 000余人，火炮40余门，飞机8架，铁甲车3辆，在日本关东军参谋石原莞儿的直接指下，向马占山守军前沿阵地发动了疯狂的进攻。马占山亲临前线指挥战斗，前线官兵倍受鼓舞。激战至中午，守军战壕几乎全被日军炮火摧毁。战土们跃出战壕与日军白刃相接，喊杀之声震天动地。最后，守军在敌众己寡、外无援军、弹药告罄的情况下，为了保存有生力量，指挥部决定放弃嫩江桥、大兴阵地，将部队撤退到大兴站以北三间房阵地。至此，阻击战第一阶段结束。
江桥抗战打响后，得到国内外爱国人士和群众的支援。中共满洲省委和北满特委动员工人、农民、青年学生、知识分子以及其他阶层爱国人士，组成“抗日援马代表团”奔赴战地慰问，给予人力、物力的支持，派志愿兵参加战斗。齐齐哈尔和战地周围的人民纷纷携带锹镐赶到前线修工事。妇女们昼夜赶制棉衣送往前线。市民们蒸馒头、打烧饼、杀猪羊，募集各种物品，慰问前线官兵。齐齐哈尔市市民也自动捐款，支援抗战。全国各地的爱国学生组织成立“援马抗日团”奔赴东北。各地反日团体、工农商学兵各界、海外华侨也纷纷募捐支援江桥抗战。所有这些，都极大地鼓舞了抗战官兵。从7日开始，嫩江桥抗战进入第二阶段，即三间房阻击战。
洮昂铁路线上的三间房车站，北距齐齐哈尔70华里，是保卫省会的最后一道防线。从8日开始，日军一面电请国内派兵增援，同时调集东北各“精锐部队”集结前线作军事准备，一面在政治上向马占山展开攻势。11月11日，日本关东军司令本庄繁在沈阳直接致电马占山，重提要马占山下野及撤走齐齐哈尔的黑龙江防军，并提出“日军有权”进驻昂昂溪等项无理要求。马占山严词予以驳斥：“下野本无不可，但需有中国中央政府命令，关于退兵一事，在我国领土上，我自有权，非日本所能干涉。”
12日，日军又重新开始攻击。到16日，由于黑龙江军队的顽强阻击，日军始终未能前进一步。此时，黑龙江防军已损失惨重，军需、兵员急待补充，处境极为艰难。相反，日军增援部队却源源而来。17日，万余名日军在飞机、坦克的掩护下，向仅有2000余名官兵坚守的三间房阵地发起强攻，战斗呈白热化。守军将士个个奋勇杀敌，打退敌人多次进攻，守军亦付出了沉重代价。战斗到深夜，守军存粮处已被日军飞机炸毁，食物接济不上，守军将士也已极度疲劳，但将士们早已把生死置之度外。“枵腹抗战，义愤填膺，眼若血红，人人同仇敌忾，奋勇异常，喊杀之声，惊天动地，其已壮矣!”在内无粮草，外无援兵的情况下，守军不得不且战且退。战斗持续到18日下午，守军腹背受敌，弹尽粮绝，伤亡大半。马占山不得不下令总撤退，并于19日率余部退守齐齐哈尔。历时16天的江桥抗战结束。
江桥一役，迫使敌人付出了重大伤亡，极大地打击了日本侵略军猖狂一时的嚣张气焰，延缓了它的侵略步伐。同时，江桥抗战也极大地鼓舞了东北及全国各族人民的抗日热情，大长了中华民族的志气，推动了东北各地抗日义勇军的兴起，揭开了东北军民长期抗击日本帝国主义侵略战争的序幕。
