6月3日凌晨1:15左右，张作霖从北京前门车站登车返奉。专列为慈禧当年的“花车”，共约20节车厢，他乘坐的包厢位于中间。专列于傍晚驶出北京，夜间正常行驶。沿途奉军严密警戒，张作霖一行人相对放松。下午4时许，列车在山海关停靠并用餐。厨师朴丰田、赵连璧准备了六菜一汤（如辣子鸡丁、干煎黄花鱼等）。张作霖边吃边说：“在火车上吃啥也不香，觉也睡不好。”这成为他的最后一餐。 列车离山海关后，黑龙江督军吴俊升登车迎候，并与张作霖交谈。晚间，张作霖与吴俊升、莫德惠、常荫槐、刘哲等人打麻将解闷，直至深夜近11点才散局休息。列车经过锦州、新民等地时，张作霖注意到铁路两旁警戒森严，曾放心地说“明天早上就能到家了”。 约凌晨5时，专列驶入沈阳近郊皇姑屯。实业总长张景惠上车问安，告知家人已在车站迎接。5:23左右，列车行至京奉路与南满铁路交叉的三洞桥时，日军预埋的炸药被引爆。张作霖的车厢被毁，吴俊升当场身亡，张作霖被气浪抛出，咽喉重伤。张作霖被紧急送回帅府抢救，但伤势过重，于当日上午9:30左右去世，终年53岁。