9月2日，日军第十八师团的第一批派遣部队2万多人强行在中立区的龙口登陆，正式侵入山东。至9月7日，日军完成了在龙口地区的集结，而后便长驱直入。10日到平度，12日抵即墨，13日达胶州。日军名义上对德作战，却把进攻矛头指向中国，行动目的在于占领山东胶东地区以及胶济铁路全线，以控制山东全省。9月13日，日本参谋本部通知外务省，计划占领包括潍县以西的整个山东铁路，并建议把这个意思通知中国政府。23日，日军参谋总长长谷川好道指令战地司令官神尾光臣中将占领胶济铁路全线。25日，日军占领了潍县车站，并迫令中国官吏退出铁路沿线附近地区。10月2日，日军又悍然西进，6日进驻济南车站，占领了胶济铁路全线，坊子、淄川、金岭镇3矿区也相继陷落。北京政府逆来顺受，只得让山东地方当局同日军签订了地方性的《胶济路临时维持治安条款》，并且声明该条款不能视为中国政府已经同意日军管理该路或让渡该路国有权利。山东问题从此成为悬案。
8月底，日军第二舰队封锁了胶州湾。9月18日，日军第二批派遣部队从位于胶澳租界之外的崂山东麓的仰口海湾登陆，开始围攻青岛。23日，英军西库斯联队也在崂山湾登陆，与日军协同会攻青岛。当时德国在青岛的驻军有5000余人，军舰17艘，计4.5万吨;日本则投入兵力2.9万人，加上千余名英军联队，共有3万余人。日英联军从陆海两面完成包围后，10月31日对青岛德军发起全面总攻，避开海岸炮兵阵地，步步围逼。11月4日，德军苦心经营的防御体系遭到严重破坏。7日，德皇下令向日英联军投降。10日，德军正式投降，由神尾光臣司令官宣布实行军管。至此，德国在青岛的殖民统治和在山东的一切权益，便被日本所替代和抢夺。
日军侵入之处，对当地民众任意驱使，烧杀奸淫，为所欲为，山东数十县人民遭受残害。9月17日，“日军入胶县约400人，到后即强取民间食物，非不给钱，即与以极少之价，如取鸡一只给铜元2枚，牛一头只给京钱2000文”。侵入中立地区的日军，违反通常的“假道办法”，如同进入战区一样，夺取电报局，强行检查，并占据衙署，公然置中国行政主权于不顾，强迫“为日本尽力”。掖县、平度、黄县、即墨等县“日兵经过之各村居民，受其扰害，尤为苦痛，彼兵所到之处，强占民房，将老幼尽行逐出，搜捕鸡鸭猪牛，以供食料，抓获驴骡，以充代步，门窗折为烧柴，禾黍刈以喂马，男夫则勒充苦工，妇女则逼令伺候，代价不出分文，行动俨同盗匪”。民众稍有迟疑，则遭殴打，甚至枪杀。当时日军所经过的各县，均有因居民不满其抢劫牲畜、柴草、衣物，拒绝充当苦工而惨遭杀害的事件发生，山东人民蒙受了极大的耻辱。